DIMENSIONAMIENTO Y ANÁLISIS DEL SISTEMA DE CAPTACIÓN …

Curso: 2017-2018

Fecha: día 23, Septiembre, 2018>

Alumno/Alumna: Iglesias, Rincón, Julen

Director/Directora (1): Arriaga, Bayo, Pedro

GRADO EN INGENIERIA MECÁNICA

TRABAJO FIN DE GRADO

DIMENSIONAMIENTO Y ANÁLISIS DEL

SISTEMA DE CAPTACIÓN Y

ACUMULACIÓN DE UNA INSTALACIÓN

DE ACS SOLAR

Grado en Ingeniería Mecánica

3 Septiembre, 2018

Gh v

Dimensionamiento y análisis del sistema de captación y

acumulación de una instalación de ACS solar

ÍNDICE

Resumen trilingüe 5

Lista de Tablas 9

Lista de Ilustraciones 9

Lista de Acrónimos 10

1. Memoria 11

1.1. Introducción 11

1.2. Contexto 14

1.3. Alcance / Objetivos 17

1.4. Beneficios del proyecto 19

1.4.1. Beneficios económicos 19

1.4.2. Beneficios medioambientales 21

1.4.3. Beneficios sociales 22

1.5. Análisis de alternativas 23

1.5.1. Captadores solares 23

1.5.2. Acumulador 25

1.5.3. Intercambiador de calor 27

1.5.4. Técnicas de aprovechamiento de la energía solar 29

1.6. Análisis de riesgos 33

1.7. Descripción de la solución propuesta 35

2. Metodología 38

2.1. Descripción procedimiento 38

2.1.1. Método F-Chart 38

2.1.1.1. Cálculo demanda de ACS 39

2.1.1.2. Cálculo demanda energética 40

2.1.1.3. Radiación incidente sobre una superficie 41

2.1.1.4. Cálculo del parámetro D1 44

2.1.1.5. Cálculo del parámetro D2 46

2.1.1.6. Cálculo de la fracción solar “f” 47

2.1.2. Análisis del interacumulador 48

2.2. Descripción de las tareas. Gantt 25

2.3. Cálculos y resultados 53


4 Septiembre, 2018

Gh v



2.3.1. Demanda de ACS 53

2.3.2. Demanda energética 53

2.3.3. Radiación incidente (RI) 54

2.3.4. Parámetro D1 55

2.3.5. Parámetro D2 58

2.3.6. Fracción solar “f‟‟ 59

2.3.7. Interacumulador 60

2.4. Análisis de resultados 62

2.4.1. Análisis energético de la instalación 62

2.4.2. Análisis económico de la instalación 67

2.4.3. Análisis medioambiental de la instalación 71

3. Conclusiones 73

4. Fuentes de información 76

5. Anexo I: Resultados del análisis del interacumulador 79

6. Anexo II: Datos de radiación a lo largo del día 90


5 Septiembre, 2018

Gh v



Resumen trilingüe

Resumen:

En el presente proyecto se desarrolla el dimensionamiento de la superficie de

captación y el volumen de acumulación de un sistema solar térmico para el

abastecimiento de ACS, de una vivienda unifamiliar de cuatro integrantes

situada en Madrid. A su vez, presenta un análisis del comportamiento de la

instalación para distintas áreas de captación, y se muestra las propiedades del

sistema, atendiendo a distintos criterios de dimensionamiento. El

dimensionamiento del sistema de captación se ha realizado siguiendo el

conocido método F-Chart. En cambio con el depósito de acumulación, se ha

desarrollado una tabla de cálculo, que muestra una aproximación de las

temperaturas del depósito a lo largo del día, y el volumen necesario se ha

obtenido haciendo uso de las fórmulas elementales de la energía.

PALABRAS CLAVE

Superficie de captación, ACS, F-Chart, Energía solar térmica, Radiación solar.

Laburpnea:

Aurkezten den proiektuan hartze-azaleraren dimentsionamendua eta eguzki-

sistema termiko baten bolumenaren metakea garatzen da. Ur bero sanitarioa

hornitzeko egiten da eta Madrilen kokatutako lau kideko etxebizitza familiabakar

batean oinarrituta dago. Aldiz, hartze-alor desberdinetarako instalazioaren

portaeraren analisia azaltzen da eta sistemaren ezaugarriak erakusten dira,

dimentsionamendu-irizpide desberdinei erantzuna emanez. Hartze-sistemaren

dimentsionamendua F-Chart metodo ezagunari jarraituz egin da. Metaketa-

gordailuarekin ordea, kalkulu-taula bat garatu da, gordailuaren tenperaturen

hurbilketa egunean zehar erakusten duenak. Beharrezko bolumena energiaren

oinarrizko formulak erabiliz lortu da.

HITZ GAKOAK

Hartze-azalera, UBS, F-Chart, Eguzki energia termikoa, Eguzki-erradiazioia.


6 Septiembre, 2018

Gh v



Abstract:

In this project the sizing of the collector area and the volume of accumulation of

a solar thermal system is developed for the supply of HSW of a single-family

house of four members in Madrid. At the same time, an analysis of the behavior

of the installation for different catchment areas is presented, and displays the

properties of the system according to different criteria of dimensioning. The

sizing of the collection system has been done following the F-Chart method.

Besides, with the accumulation tank a table of calculation has been created

which shows an approximation of the temperatures of the tank throughout the

day. The required volume has been obtained by the basic equations of power.

KEY WORDS

Catchment area, HSW, F-Chart, Solar termal energy, Solar radiation.


7 Septiembre, 2018

Gh v



Lista de tablas

Tabla 1. Resultados de estudio del IDAE 19

Tabla 2. Fuente de suministro energético 37

Tabla 3. Demanda a referencia de 60ºC 39

Tabla 4. Temperatura media del agua de RED 40

Tabla 5. Radiación solar en Madrid 41

Tabla 6. Factor de corrección K 42

Tabla 7. Porcentaje de consumos durante el día 49

Tabla 8. Ejemplo de radiación a lo largo del día 50

Tabla 9. Ejemplo energía aportada en diferentes intervalos 50

Tabla 10.Distribucion de tareas, Diagrama de Gantt 52

Tabla 11. Asignación de tareas 52

Tabla 12. Resultados litros por persona de ACS 53

Tabla 13. Resultados demanda energética 53

Tabla 14. Resultados demanda energética bruta 54

Tabla 15. Tabla factor de corrección K para 50º de inclinación 54

Tabla 16. Resultados RI 55

Tabla 17. Temperatura media ambiente 55

Tabla 18. Resultados rendimiento captador 55

Tabla 19. Relación Fr‟/Fr con EI 56

Tabla 20. Energía útil captada 57

Tabla 21. Resultados parámetro D1 57

Tabla 22.Factor de corrección K2 58

Tabla 23. Resultados parámetro D2 58

Tabla 24. Fracción solar de cada mes 59

Tabla 25. Energía aportada al sistema 59

Tabla 26. Volumen de acumulación para cada mes 60

Tabla 27. Comportamiento del interacumulador en Diciembre 61

Tabla 28. Fracción solar para distintas Sc 63

Tabla 29. Rendimiento para distintas Sc 65

Tabla 30. Costes anuales para diferentes fuentes de suministro 67

Tabla 31. Periodo de retorno para diferentes fuentes de suministro 68

Tabla 32. Beneficios totales durante la vida útil del sistema 68


8 Septiembre, 2018

Gh v



Tabla 33. Reducción de Kg de CO2 72

Tabla 34. Comportamiento del interacumulador en Enero 79

Tabla 35. Comportamiento del interacumulador en Febrero 80

Tabla 36. Comportamiento del interacumulador en Marzo 81

Tabla 37. Comportamiento del interacumulador en Abril 82

Tabla 38. Comportamiento del interacumulador en Mayo 83

Tabla 39. Comportamiento del interacumulador en Junio 84

Tabla 40. Comportamiento del interacumulador en Julio 85

Tabla 41. Comportamiento del interacumulador en Agosto 86

Tabla 42. Comportamiento del interacumulador en Septiembre 87

Tabla 43. Comportamiento del interacumulador en Octubre 88

Tabla 44. Comportamiento del interacumulador en Noviembre 89

Tabla 45. Radiación a lo largo del día en Enero 90

Tabla 46. Radiación a lo largo del día en Febrero 90

Tabla 47. Radiación a lo largo del día en Marzo 90

Tabla 48. Radiación a lo largo del día en Abril 91

Tabla 49. Radiación a lo largo del día en Mayo 91

Tabla 50. Radiación a lo largo del día en Junio 91

Tabla 51. Radiación a lo largo del día en Julio 92

Tabla 52. Radiación a lo largo del día en Agosto 92

Tabla 53. Radiación a lo largo del día en Setiembre 92

Tabla 54. Radiación a lo largo del día en Octubre 93

Tabla 55. Radiación a lo largo del día en Noviembre 93

Tabla 56. Radiación a lo largo del día en Diciembre 93


9 Septiembre, 2018

Gh v



Lista de Ilustraciones

Figura 1. Esquema de instalación solar térmica 13

Figura 2. Estructura del consumo en una vivienda 15

Figura 3. Consumo en viviendas, según fuentes de energía 15

Figura 4. Ejemplo de captador de placa plana 24

Figura 5. Acumulador e interacumulador 25

Figura 6. Ciclo de absorción 29

Figura 7.Comparativa radiación y demanda de frio 30

Figura 8. Esquema descriptivo de la instalación estudiada 35

Figura 9. Objetivos de los criterios de elección 74

Figura 10. Ventajas y desventajas de los criterios de elección 75

Lista de gráficas

Gráfica 1. Fracción solar “f” durante el año 62

Gráfica 2. Fracción solar para diferentes Sc 63

Gráfica 3. Rendimiento mensual de la instalación 64

Gráfica 4. Rendimiento del la instalación para diferentes Sc 65

Gráfica 5. Periodo de retorno para diferentes Sc 69

Gráfica 6. Beneficio para diferentes Sc 69

Gráfica 7. Reducción de Kg de CO2 71


10 Septiembre, 2018

Gh v



Lista de Acrónimos

ACS (Agua Caliente Sanitaria)

IDAE (Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía)

CTE (Código Técnico de la Edificación)

DB- HE (Documento Básico – Ahorro de Energía)

GN (Gas Natural)

OEE (Oficina Europea de Estadística)

GLP (Gases Licuados del Petróleo)

Sc (Superficie de Captación)

“f” (Fracción solar)

RS (Refrigeración Solar)


11 Septiembre, 2018

Gh v



1. MEMORIA

1.1. Introducción

La energía en la sociedad compone uno de los pilares para el desarrollo de

nuestra vida tal y como se conoce hoy en día. El gasto de energía es uno de

los puntos principales a la hora de gestionar un país, una empresa o una

vivienda. Gran parte de la energía que se utiliza en una vivienda es destinada a

la generación de calor, ya sea para la producción de ACS o para el sistema de

calefacción. También en los últimos años se ha producido un gran aumento de

la instalación de sistemas de aire acondicionado, que suponen un gran gasto

de energía y de saturación de la red de distribución eléctrica.

La instalación convencional para el abastecimiento de ACS que se utiliza hoy

en día en España, toma la energía de sistemas que utilizan combustibles

fósiles, estos son una fuente de energía agotable por lo que se debe de

moderar su uso, además el uso de combustibles fósiles es una de las

actividades de mayor contaminación ambiental en nuestro planeta.

Las instalaciones de energía solar térmica en el mundo son escasas, aunque

existen excepciones como países como Alemania, Chipre o Austria que si que

utilizan esta energía. Sin embargo existe un creciente interés por el uso de esta

tecnología ya que es una manera fácil, barata y ecológica de obtener energía.

En España el uso de esta energía puede producir grandes beneficios debido a

la ventaja de contar con unas condiciones climatológicas muy beneficiosas

para su aprovechamiento. Las instalaciones actuales de energía solar térmica

que existentes funcionan por la acción de tres procesos:

Captación de la radiación por parte de los colectores solares.

Transferencia térmica del fluido calentado al sistema de abastecimiento.

Instalación de un sistema auxiliar convencional para paliar posibles

insuficiencias por parte del sistema solar térmico en ciertas situaciones.


12 Septiembre, 2018

Gh v



En este tipo de instalaciones de baja temperatura, se pueden diferenciar a seis

grupos de componentes, necesarios para el funcionamiento del sistema.

Sistema de captación y transferencia de calor al fluido circulante:

Este sistema está compuesto por los captadores solares, estos son los

encargados de captar la energía procedente de la radiación solar y para elevar

la temperatura del fluido que circula por ellos. Para conseguir el máximo

rendimiento es importante que la orientación de los captadores sea la

adecuada.

Sistema de intercambio de calor:

El sistema de intercambio de calor sirve para transferir el calor del fluido que

circula por los captadores solares, al ACS. Esta transferencia de calor es

llevada a cabo por un intercambiador de calor.

Sistema de acumulación:

Almacena la energía térmica proveniente de la captación de la radiación solar

en forma de agua, de este modo, se puede hacer frente a las distintas

demandas horarias ya que puede que se demande ACS en periodos en las que

la producción mediante energía solar térmica es baja.

Sistemas de control:

Tienen la misión de controlar la instalación para hacer un buen uso de la

energía obtenida, da las órdenes necesarias para que los equipos de bombeo y

válvulas actúen correctamente en función a los datos obtenidos por las sondas

del sistema.

Sistema hidráulico:

Su objetivo es asegurar a correcta circulación de los fluidos por los diferentes

circuitos, su diseño y componentes deben de minimizar las pérdidas de energía

al máximo para facilitar el trabajo de las bombas de circulación y evitar posibles

problemas.


13 Septiembre, 2018

Gh v



Sistema auxiliar de energía convencional:

Hay veces en las que el sistema de energía solar no podrá hacer frente al

consumo energético energéticas de la instalación por lo que es necesario

siempre que exista un sistema auxiliar para apoyar al sistema de energía solar

y así satisfacer siempre las demandas de la vivienda.

La energía proveniente del sol es captada por los colectores, luego es

transferida al acumulador mediante los intercambiadores de calor y después es

consumida por los propietarios de la vivienda, durante este proceso el sistema

hidráulico trabaja conduciendo los fluidos hacia su destino y los sistemas de

regulación se encargaran de dirigir las bombas de forma adecuada,

comparando parámetros y datos obtenidos de la propia instalación, y activaran

el sistema auxiliar cuando detecte que la energía del sistema es insuficiente.

Figura 1. Esquema de instalación solar térmica.


14 Septiembre, 2018

Gh v



1.2. Contexto

En la actualidad el uso de combustibles fósiles en Europa y en el resto del

mundo, para la obtención de energía, sigue siendo mucho mayor que la

utilización de energías renovables. Las energías renovables, toman su nombre

de la capacidad de recurrir a ellas continuamente sin que estas se agoten, ya

que son inagotables. En cambio las energías no renovables, son unas fuentes

de energía limitadas, estas energías son extraídas de recursos limitados

existentes en el planeta y cuyas reservas se van agotando con su uso. Esto

implica que a medida que se agoten los recursos existentes, el coste de la

energía aumenta debido a su mayor dificultad de extracción y a la menor

disponibilidad de dichos recursos.

En el marco medioambiental, la obtención de energía mediante combustibles

fósiles es uno de los principales causantes del efecto invernadero y la lluvia

ácida, como consecuencia de la gran cantidad de emisiones contaminantes

que se producen durante las fases de obtención, transformación, transporte y

uso. Por lo que la limitación de su uso contribuiría notablemente a la mejora

medioambiental del planeta.

En cuanto a las energías renovables, su impacto en cuanto a la generación de

energía es del orden de 31 veces menor que los métodos convencionales, su

utilización es mínima y pocos países destinan una gran cantidad de fondos

para mejorar su implantación. España cuenta con una situación geográfica y

unas condiciones climatológicas bastante más favorables que el resto de los

países de Europa, para la obtención de energías renovables, y en especial la

energía solar térmica.

La estructura de la energía consumida por una vivienda en España según el

IDAE, la mayoría del consumo energético está destinado al consumo de

calefacción y ACS (47% Calefacción y 18,9% ACS), de este consumo de

energía únicamente el 17,7% se obtiene de energías renovables.


15 Septiembre, 2018

Gh v



Figura 2. Estructura del consumo en una vivienda

Figura 3. Consumo en viviendas, según fuentes de energía.

Estas dos ilustraciones muestran claramente como la mayor parte de la energía

consumida por una vivienda (casi el 67%) es energía fácilmente obtenida de la

energía térmica proveniente de la radiación solar, aunque únicamente una

pequeña parte se obtiene de energías renovables, a pesar de ser unos de los

países con mayor potencial, únicamente aprovechando menos del 10% de las

posibilidades que ofrece el sol, durante un solo año el Sol es capaz de arrojar

sobre la tierra 4.000 veces más del consumo energético del planeta, esto hace

que sus posibilidades sean mayor a las de otras energías renovables . Por otra

parte España es uno de los países más dependientes de energía de Europa,

alrededor del 70 % de la energía que se consume en España proviene de otros

Calefacción47%

ACS19%

Cocina8%

Refrigeración1%

Electrodomésticos4%

Iluminación19%

Standby2%

Electricidad35,1%

Gas Natural24,4%

Derivados del petróleo

22,1%

Energías renovables

17,7%

Carbón0,1%


16 Septiembre, 2018

Gh v



países. Una solución adecuada a los recursos del país para evitar la excesiva

dependencia, sería el aumento y desarrollo de la energía solar. [8]

Por lo tanto mejorar el rendimiento y aumentar el número de instalaciones que

contengan esta tecnología debería ser uno de los objetivos fundamentales de

la política energética del país, que a pesar de fijar metas ambiciosas para 2020

está muy lejos de los 10.000.000 m2 de superficie total de captadores que se

prevenía conseguir para dicha fecha, y no solo se está lejos de conseguirlo

sino que los datos muestran que el incremento de la superficie instalada anual

sigue una tendencia a la baja preocupante.

La gran innovación en este sector ha permitido que esta tecnología sea una

alternativa sostenible tanto medioambiental, energética como económicamente.

Conseguir independencia energética trae consigo un beneficio económico al

eliminar los grandes costes que acarrean el transporte de energía, así como la

reducción de los gastos de los procesos de obtención convencionales y no

estar sujeto a los precios exigidos por otras naciones que con el tiempo irán en

aumento debido al agotamiento de las reservas de sus recursos.

Las energías renovables a pesar de necesitar una gran aportación económica

en su comienzo, con el desarrollo tecnológico se ha conseguido rentabilizar la

inversión y hoy en día son plenamente competitivas con las energías

convencionales.

Las ventajas medioambientales que aportan son increíblemente beneficiosas

para el planeta, y puede que a veces necesaria si se quiere cumplir con la

normativa europea de emisiones y conservar el entorno ecológico del país y

preservar la naturaleza y fauna de cada región que son un emblema

fundamental del país. Aunque el primer paso para reducir las emisiones es la

reducción del uso excesivo de energía, y de este modo eliminar la gran

necesidad energética actual y favoreciendo con esta iniciativa la posibilidad de

abastecer la demanda energética únicamente con energías renovables.

Objetivo imposible de abordar con la cantidad de energía consumida en el

momento actual.


17 Septiembre, 2018

Gh v



1.3. Alcance / Objetivos

Este proyecto tiene como objetivo comprobar y mostrar la viabilidad de la

energía solar térmica, analizar el consumo energético de una vivienda

unifamiliar usual, de cuatro integrantes, situada en la ciudad de Madrid. A partir

del consumo calculado, se pretende dimensionar el área de captación de la

instalación y el sistema de acumulación. Para finalizar el estudio de la

instalación, se analizarán los resultados obtenidos y se mostrará el

comportamiento de la instalación para diferentes superficies de captación, con

el objetivo de ilustrar los diferentes caminos a tomar dependiendo del punto de

vista con el que se aborde el dimensionamiento de la instalación. Dicha

vivienda está dotada de una instalación solar térmica, de la cual se explica

ciertos sistemas de la instalación y se proponen diferentes alternativas para la

mejora del aprovechamiento de la energía captada por el sistema.

Con la realización del proyecto se pretende lograr un aumento del rendimiento

energético, debido al uso directo de la energía solar, ahorro económico al

utilizar energía proveniente de la naturaleza, reducir el uso de energía

proveniente de combustibles fósiles y alcanzar una repercusión social de

concienciación de la necesidad de la utilización y desarrollo de energías

renovables.

Normalmente las instalaciones de captadores solares su uso se limita a la

generación de ACS, lo que supone un ahorro del uso de energías

convencionales, pero sin embargo, puede que en algunos casos la instalación

puede ser beneficiada del uso de otras alternativas tecnológicas.

Para poder utilizar todas las posibilidades que la energía solar permite es

necesario ampliar el campo de actuación, e implementar algunos sistemas de

aprovechamiento adicionales como pueden ser utilizar la energía captada para

el sistema de calefacción, refrigeración solar o climatización de piscinas. Sin

embargo, estas alternativas puede que no sean siempre viables, por lo que en

este documento se intenta explicar el uso de la alternativa más adecuada para

la instalación propuesta,


18 Septiembre, 2018

Gh v



A su vez la instalación cuenta con varios grupos de componentes, dependiendo

del tipo de componentes y sus características se puede mejorar el rendimiento

del sistema, por lo tanto se seleccionará las alternativas que mejor encajen con

los requisitos de la instalación.

Las elección de los sistemas de captación, intercambio de calor y sistema de

control, así como la técnica de aprovechamiento de la energía, serán elegidos

en base a cuestiones técnicas, cálculos sencillos y normativa vigente (debido a

exigencias y requisitos redactados en el CTE), la aclaración de la elección será

de una forma explicativa, con argumentos técnicos que evidencien la elección y

permitan visualizar ventajas de la incorporación de dichas técnicas a la

instalación.

Este análisis no tendrá en cuenta detalles o características particulares de una

instalación inusual que limiten el uso de ciertos sistemas, ya que en ese caso

dicha instalación tendrá que utilizar los componentes que mejor se acomoden a

sus requisitos, y dejar de lado las posibles alternativas debido a los

impedimentos que esta tenga.

Por otro lado el dimensionamiento del sistema de captación y de acumulación,

se realizaran cálculos basados en diferentes metodologías y contrastados con

un programa producido por el IDAE, llamado CHEQ4.


19 Septiembre, 2018

Gh v



1.4. Beneficios del proyecto

La correcta instalación de un sistema de captación de energía solar térmica en

una vivienda, trae consigo numerosas ventajas, que no pueden proporcionar

las instalaciones convencionales o instalaciones con energía solar térmica con

un diseño inadecuado o instalaciones con un pobre mantenimiento.

1.4.1. Beneficios económicos

Bajo coste de funcionamiento:

La energía solar térmica no tiene costes de operación una vez instalada, ya

que la energía se toma directamente del sol, de esta forma se eliminan las

operaciones costosas de las energías convencionales ya sea durante su fase

de extracción, transformación o transporte.

Un estudio realizado por el IDAE, sobre el impacto de la energía solar térmica

en la calificación energética de los edificios, revela que el incorporar un sistema

de energía solar térmica para el abastecimiento de ACS, piscina, calefacción y

refrigeración supone un cambio de letra en la calificación energética en el 42%

de los casos, esto se debe al aumento de la eficiencia que proporciona la

implantación de dichos sistemas. [7]

Incorporación Solar para ACS y piscina

Incorporación Solar para ACS, piscina, calefacción y refrigeración

Fracción

solar ACS

(*)

Reducción

emisiones

Nº de caso

mejora de

calificación

(cambio de

letra)

Fracción

solar total

Mejora

emisiones

Nº de caso

mejora de

calificación

(cambio de letra)

Unifamiliar 65% 16% 2 41% 38% 9

Plurifamiliar 4 51% 10% 0 27% 22% 4

Plurifamiliar 8 50% 6% 1 19% 16% 4

Oficina 4 56% 4% 2 12% 8% 5

Oficina 8 53% 3% 0 7% 5% 2

Hospital 67% 31% 6 22% 24% 8

Polideportivo 60% 29% 5 40% 18% 6

Hotel 67% 13% 7 24% 10% 9

Centro comercial 53% 0% 0 3% 2% 0

Promedio/Total 52% 12% 23 22% 16% 47

Tabla 1. Resultados de estudio del IDAE.


20 Septiembre, 2018

Gh v



Bajo coste de mantenimiento:

El coste de mantenimiento de una instalación de este tipo es el único gasto que

se ha de financiar posterior a la implantación, dicho gasto no supone una gran

pérdida ya que el mantenimiento del sistema es sencillo.

Básicamente se basa en la limpieza del modulo solar y los demás

componentes de la instalación, cuyo mantenimiento es similar al de las

instalaciones convencionales.

Vida útil:

Se estima que la vida útil de un sistema de colectores solares térmicos supera

la barrera de los 20 años.

Subvenciones:

Aunque se han reducido en los últimos años, a cada Comunidad Autónoma se

le ha sido transferido los fondos destinados al plan de fomento de energías

renovables.

Cada una de las comunidades gestiona su propio plan de subvenciones, para

ciertas instalaciones que utilizan energías renovables, aun así la IDAE, a través

de distintos órganos, otorga la posibilidad de créditos de bajo interés a los

titulares de la instalación.

Amortización:

El tiempo de amortización de un sistemas solar térmico se encuentra entre los

8 y 12 años.


21 Septiembre, 2018

Gh v



1.4.2. Beneficios medioambientales

Dentro de los beneficios del proyecto, el impacto medioambiental puede que

sea el apartado de mayor importancia. Con el objetivo de cuidar el entorno en

el que vivimos para evitar futuros problemas, el proyecto aporta beneficios

medioambientales sustanciales que favorecen la materialización de dicho

objetivo.

Reducción del consumo de combustibles fósiles:

Aplicando la tecnología propuesta por el proyecto se espera captar energía

solar suficiente para abastecer más del 40% del consumo de los sistemas en

los que se aplique la tecnología solar térmica.

Recudiendo el consumo de combustibles fósiles al mismo tiempo se reduce la

los procesos de obtención de estos y su transporte, procesos en los que la

naturaleza se ve muy castigada.

Reducción de emisiones:

La reducción del consumo de combustibles clásicos también conlleva una

reducción de las emisiones que se producen en la obtención y durante su

aprovechamiento.

Como ya se ha explicado en los beneficios económicos, la tecnología de

captación solar es capaz de mejorar la calificación energética de los edificios

notablemente. Las emisiones de la instalación se pueden llegar a reducir hasta

un 58%, dependiendo del tipo de instalación anterior a la mejora y la

localización de la vivienda, el valor medio de mejora suele estar alrededor del

35% y el 40%.

Como consecuencia de las reducciones de emisiones, la calidad del aire

mejora, y se combate el efecto invernadero causado por gases como el CO2.

Reducción de residuos perjudiciales para el medioambiente:

La producción de residuo es escasa y además estos no son nocivos ya que no

son un peligro para el medioambiente.


22 Septiembre, 2018

Gh v



1.4.3. Beneficios sociales

Concienciación y ejemplo:

Este tipo de proyectos tienen un impacto positivo en la sociedad, concienciando

a la población de los problemas ambientales existentes que pueden afectar al

mundo de manera directa en un futuro no muy lejano, por consiguiente, la

necesidad de reducir el consumo de energía, el de combustibles fósiles y la

necesidad de investigar y fomentar el uso de energías renovables. También

sirve como ejemplo, mostrando la efectividad de la tecnología existente y

destapando mentiras y rumores existentes, que niegan la efectividad de las

energías verdes.

Desarrollo tecnológico:

El desarrollo de las tecnologías renovables se encuentra en su estado de

crecimiento, a pesar de conocerla desde hace muchos años, la inversión e

investigación que ha habido no ha sido suficiente para ser una alternativa real y

competir con los métodos tradicionales de obtención de energía. Aumentar la

investigación y desarrollo de esta tecnología puede producir grandes avances

en la sociedad.

En primer lugar, se puede evitar la dependencia energética por parte de los

países suministradores. Tener independencia energética, tanto para el país

como para cada habitante en particular, permite no tener que estar a merced

de los productores de energía globales.

En segundo lugar, se espera que con el desarrollo de esta tecnología, se

consigan precios más asequibles, que permita a las familias con menos poder

adquisitivo poder hacer frente a la instalación del sistema y a las personas con

mayores desigualdades sociales poder disponer de energía, que ahora mismo

con el sistema actual no puede disponer. De esta manera se igualarían mucho

las diferencias que existen en el mundo actual entre los distintos niveles de

desarrollo.


23 Septiembre, 2018

Gh v



1.5. Análisis de alternativas

A continuación se muestran las diferentes alternativas tecnológicas y técnicas

para el aprovechamiento de la energía solar, que se pueden implementar en la

instalación, detallando sus ventajas e inconvenientes y explicando el

funcionamiento con un breve resumen.

1.5.1. Captadores solares

Los captadores solares son los componentes de la instalación encargados de

captar la energía del sol y transformarla en calor.

Para una instalación de baja temperatura como la estudiada en el informe, se

suele optar por la utilización de captadores de placa plana o captadores de

tubo vacío.

Captador de placa plana:

Los captadores de placa plana están formados principalmente por los

siguientes componentes:

1. Cubierta: Generalmente de vidrio o de plástico. El material escogido debe

de producir efecto invernadero, tener buena resistencia mecánica y un

coeficiente de dilatación pequeño.

2. Absorbedor: Placa metálica a la que se le sueldan los tubos por los que

circula el fluido caloportador. Se encarga de transformar la radiación solar

en calor y transmitir dicho calor al fluido portador. Suelen ser de cobre o de

aluminio.

3. Tuberías: Pueden ser de parrilla, o en serpentín. Se encargan de

transportar el fluido portador.

4. Aislamiento: Cumple la función al de evitar las perdidas térmicas del

absorbedor en su parte inferior.

5. Carcasa: Protege y soporta los elementos del captador. Debe ser resistente

a la corrosión, a los cambios de temperatura y permitir cierta aireación para

evitar la condensación.

[1]


24 Septiembre, 2018

Gh v



Figura 4. Ejemplo de captador de placa plana.

Captador de tubo vacio:

Son captadores en los que se le ha efectuado un vacio en el interior de un tubo.

De esta manera, mediante el vacio se eliminan las pérdidas por convección.

Existen dos tipos de captadores tubulares de vacío:

De flujo directo: Disponen de un captador principal al que van unidos el

resto de tubos mediante un circuito de ida y vuelta.

Con tubo de calor (heat pipe): Está formado por un captador principal

al que van unidos los tubos de vacío, igual que en el captador de flujo

directo, en este modelo el tubo de vacio está compuesto por dos tubos

concéntricos, uno de ellos lleno de una mezcla alcohólica. Al calentarse

esta mezcla mediante la radiación solar, se evapora y asciende a la

parte superior del tubo donde se encuentra una pipeta condensadora

que hace de transmisor de calor. Cuando la mezcla cede calor al circuito

primario, esta se condensa y cae a la parte inferior del tubo por su propio

peso.

Los captadores de tubo vacios además de ser más eficientes que los de placas

planas, tienen la ventaja en algunos casos, dependiendo del modelo, de

inclinarse individualmente para obtener la inclinación optima de captación sin

necesidad de mover los paneles.


25 Septiembre, 2018

Gh v



1.5.2. Acumulador

Los acumuladores de una instalación de energía solar es uno de los puntos

críticos del sistema, ya que no siempre es posible captar la energía solar y al

mismo tiempo satisfacer las necesidades de consumo.

Por ello es necesario un sistema de acumulación que acumule la energía en los

momentos de mayor radiación solar, y que haga frente a la demanda cuando la

radiación solar es baja o nula. De esta función se encargan los acumuladores,

que son depósitos aislados térmicamente. El periodo de acumulación es muy

variable dependiendo del tipo de aplicación, este puede ser de día, horas, días

e incluso meses.

Existen dos tipos de acumuladores dependiendo si llevan el intercambiador

incorporado o no:

Deposito acumulador: El intercambiador de calor se encuentra en el

exterior del depósito. Este tipo de acumulador es recomendable en

instalaciones de gran tamaño.

Deposito interacumulador: Es una unión en el mismo equipo físico de

un acumulador y un intercambiador de calor, El intercambiador se

encuentra en el interior del depósito y puede estar dotado de uno o

varios serpentines. Normalmente se recurre a la utilización de los

interacumuladores cuando se trata de una instalación de pequeña o

mediana capacidad.

Figura 5. Acumulador e Interacumulador.


26 Septiembre, 2018

Gh v



Los acumuladores también se pueden clasificar según la posición de

funcionamiento:

- Acumuladores verticales: La posición vertical es la más habitual es

tanto en instalaciones térmicas solares como en instalaciones

convencionales. De esta manera se favorece la estratificación del agua,

es decir, se tienen que formar capas de agua de tal manera que las

capas de agua fría estén en la parte inferior del depósito y las capas

más calientes en la parte superior. Este fenómeno es importante para

aumentar el rendimiento de los captadores ya que en el fondo es donde

se produce el intercambio de calor entre el circuito primario y el agua

acumulada; cuanto más fría sea el agua que entra en los captadores de

energía, mayor energía serán capaces de captar. Además en la parte

superior se encuentra el punto de toma de agua para abastecer la

instalación por lo que en ese punto debe de situarse el agua con mayor

temperatura. [1]

- Acumuladores horizontales: Este tipo de acumulador es menos

utilizado ya que no se produce el fenómeno de estratificación y es

necesario calentar todo el agua del depósito para obtener agua a la

temperatura de servicio. Las aplicaciones más habituales de este

modelo son:

o Grandes acumuladores

o Instalaciones en las que la altura este limitada.


27 Septiembre, 2018

Gh v



1.5.3. Intercambiadores de calor

Los sistemas de energía térmica pueden corresponder a la denominación de

directos, en caso de que el fluido que circula por el captador es el utilizado

posteriormente para el consumo, o pueden ser indirectos, denominados así por

tener un circuito principal por donde circula el fluido caloportador y

posteriormente, la energía contenida en dicho fluido se transfiere a un segundo

circuito, por donde circula el fluido de utilización.

Los intercambiadores son los dispositivos que llevan a cabo la transferencia de

calor entre el circuito primario y secundario, estos pueden ser de dos tipos:

Intercambiadores internos: Se encuentran dentro del acumulador,

denominado interacumuladores, son aconsejables para instalaciones

pequeñas, ya que son más económicos. Hay dos tipos de

interacumuladores mas habituales que son los de serpentín y los de

doble pared.

Intercambiadores externos: Son intercambiadores de calor que se

encuentran en el exterior del acumulador, su utilización está destinada a

instalaciones de gran tamaño, con volúmenes de acumulación de más

de 1.500 litros, ya que estos permiten obtener la potencia necesaria sin

limitaciones, por otra parte, los fabricantes no suministran

interacumuladores cuando se tratan de volúmenes tan grandes. En

instalaciones de energía solar térmica, los intercambiadores externos

más utilizados son los multitubulares y los de placas. [2]

„„En la práctica los sistemas de intercambio de calor adoptan formas con la

mayor superficie posible respecto al volumen contenido‟‟ (Méndez Muñiz, 2008,

p.83)

Los sistemas más utilizados en instalaciones solares térmicas son:

Intercambiadores de tubos concéntricos.

Intercambiadores de serpentín.

Intercambiadores de doble pared.

Intercambiadores de placas.


28 Septiembre, 2018

Gh v



Intercambiadores de tubos concéntricos:

Intercambiadores compuestos por dos tubos concéntricos, por el tubo interior

circula el circuito primario y por el exterior circula el secundario.

El flujo debe de ser a contracorriente para obtener la temperatura máxima en el

circuito secundario.

Intercambiadores de serpentín:

Con objetivo de aumentar potencia del intercambiador, los tubos se curvan en

espiral formando serpentines, con esto se logra que aumente la longitud del tubo

y por lo tanto aumenta la superficie de intercambio, obteniendo grandes

longitudes en espacios reducidos.

Intercambiadores de doble pared:

Formados por dos depósitos, uno dentro del otro. El depósito interior con el fin

de aumentar la superficie de intercambio suele estar formado por una chapa

ondulada, además de esta forma también se mejora la resistencia a la presión.

La separación entre los depósitos en mínima, consiguiendo así una buena

superficie de intercambio.

Intercambiadores de placa:

Estos intercambiadores son utilizados en instalaciones de un tamaño medio o

grande, cuando se quiere calentar fluidos en circulación. Para evitar la

instalación de equipos muy voluminosos que ocupan demasiado espacio, se

emplea intercambiadores de placa, formados por varias capas de placas por las

que circula intercaladamente el circuito primario y el secundario. Al estar en

contacto por ambas caras y tener una forma ondulada, se obtiene una gran

superficie de intercambio. Estos sistemas siempre necesitan bombas de

circulación para ambos circuitos.


29 Septiembre, 2018

Gh v



1.5.4. Técnicas de aprovechamiento de la energía solar.

Actualmente la energía solar térmica puede aprovecharse con una gran

variedad de técnicas, que aseguran un aprovechamiento energético y una

buena efectividad económica. A parte de utilizar la energía térmica procedente

del sol para la obtención de ACS, existen otros métodos de utilización como

pueden ser la refrigeración solar, apoyo de calefacción o climatización de

piscinas.

Refrigeración solar:

La refrigeración solar se basa en un sistema de absorción en vez de un sistema

por compresión convencional. En la refrigeración por absorción se sustituye el

compresor mecánico del ciclo de refrigeración por un compresor térmico,

compuesto por un absorbedor y un generador. Estos sistemas se basan en la

afinidad de ciertas sustancias entre ellas, favoreciendo así el proceso de

absorción química. La sustancia más volátil actúa como refrigerante mientras

que la menos volátil trabaja como absorbente.

El sistema se compone por: absorbedor, evaporador, generador o separador y

condensador:

Figura 6. Ciclo de absorción


30 Septiembre, 2018

Gh v



En la mezcla la sustancia as volátil actúa como refrigerante y la otra como

absorbente, en el caso de utilizar H2O/LiBr el agua es el refrigerante y el

bromuro de litio el absorbente, en cambio si la mezcla está compuesta por

H2O/NH3.

La mezcla se sitúa en un recipiente a baja presión, unos 790 Pa, y a una

temperatura de 4 o 5 ºC. La mezcla es bombeada hasta el generador donde es

calentada mediante la energía solar y se libera el refrigerante por destilación.

La solución concentrada vuelve al absorbedor para mezclares otra vez con

refrigerante. El refrigerante en estado gaseoso, pasa por un condensador para

cambiar a estado liquido. Al salir el fluido en estado liquido del condensador

pasa por una válvula de expansión para bajar la presión, antes de entrar en el

evaporador. El refrigerante es derramado al evaporador donde contacta con los

tubos de un intercambiador de calor, por el cual fluye el fluido refrigerado

mediante extracción de calor. El calor extraído pasa al absorbedor para ser

mezclado nuevamente con el absorbente y realizar de nuevo el ciclo.

La refrigeración solar cuenta con la ventaja de coincidir la demanda máxima del

sistema, durante los meses de mayor radiación solar, por lo que el

funcionamiento de la instalación nunca se detendrá por falta de energía solar,

utiliza refrigerantes no perjudiciales para el medio ambiente y sus emisiones de

CO2 se ven muy reducidas en comparación con sistemas de compresión

mecánica, además no congestiona la red de distribución eléctrica, como

sucede debido al uso excesivo de sistemas de refrigeración convencionales de

bomba de calor. [3] [1] [2]

Figura 7.Comparativa radiación y demanda de frio. [21]


31 Septiembre, 2018

Gh v



Calefacción:

Mantener una vivienda con una temperatura de confort, durante los meses de

invierno supone una gran suma económica. Aplicando tecnología solar térmica,

se puede reducir el gasto tanto económico como financiero, debido a la

calefacción convencional, la cual utiliza combustibles fósiles como el gas

natural o el gasóleo.

El funcionamiento de esta tecnología consiste en sustituir las calderas que

calientan el agua del sistema de calefacción y trabajan con combustibles fósiles

por un sistema de captadores de energía solar térmica.

Esta aplicación cuenta con varios inconvenientes ya que la mayor demanda de

calefacción durante el año se produce durante los meses de menor radiación

solar, por lo que puede que la energía solar no sea suficiente para mantener

vivienda a la temperatura adecuada, además las instalaciones de calefacción

convencionales por agua existentes, trabajan con radiadores, el agua

abastecida a estos oscila entre los 70 y 90ºC, temperatura imposible de

alcanzar para captadores clásicos de placas planas. Conectando los

captadores en serie se podría llegar a alcanzar temperaturas superiores a los

70ºC. Sin embrago , debido a la baja eficiencia energética durante el invierno,

las dimensiones de los captadores a disponer, tendrían que ser de un tamaño

tan grande que hace que sea económicamente inviable, a no ser que en la

misma instalación se atiendas otras demandas como la refrigeración solar o

climatización de una piscina.

Otra solución para obtener una buena calefacción con captadores solares es el

uso de sistemas como suelo radiante o fan-coils, que trabajan a menores

temperaturas que los radiadores convencionales, entre los 30 y 40ºC. [1] [2]


32 Septiembre, 2018

Gh v



Climatización de piscinas:

La climatización de piscinas descubiertas con captadores solares debe de ser

una alternativa a tener en cuenta a la hora de la construcción de la piscina o si

se quiere hacer una renovación del sistema, ya que esta técnica de

aprovechamiento de energía solar térmica que alcanza un mayor rendimiento

durante su periodo de utilización. Esto se debe a que la demanda de energía

solar coincide con los meses de mayor radiación y que la temperatura que de

funcionamiento oscila entre los 25 y 30 ºC, temperatura fácil de obtener con

captadores solares y que permite tener un mayor rendimiento de estos.

Su funcionamiento es muy simple e igual que los sistemas ACS pueden ser

instalaciones directas, con un solo circuito por el que fluye el agua por la

piscina y por los captadores, o instalaciones indirectas en las que existen dos

circuitos, uno primario por el que circula el agua calentada por los captadores y

otro secundario por el cual pasa el agua de la piscina, en este tipo de

instalación la transferencia de calor entre los dos sistemas se hace mediante

intercambiadores de calor.

En cambio esta técnica cuenta con algunos inconvenientes, ya sean de

carácter económico debido a que se necesita una inversión económica inicial

muy grande o por problemas de instalación en piscinas ya construidas.

También cabe destacar que, aunque obtenga un gran rendimiento durante los

meses de uso, la instalación no permite durante los meses de menos radiación

alcanzar el 100% de la demanda, por lo que sería necesario un sistema de

apoyo convencional que utilice combustibles fósiles para poder disfrutar de su

servicio.


33 Septiembre, 2018

Gh v



1.6. Análisis de riesgos

A continuación se presentan los posibles riesgos que existen en el estudio

realizado. En ciertos casos los riesgos pueden proceder de simplificaciones

realizadas o simplemente por limitaciones del método de cálculo, ya que no se

trata de un simulador dinámico que permite realizar un cálculo más detallado y

realista.

Estos riesgos pueden ocasionar efectos perjudiciales en la salud, como es el

caso de la legionelosis, o simplemente hacer que la instalación tenga un

comportamiento diferente al estimado, lo que puede llevar a ocasionar un

mayor consumo del sistema de apoyo, o incluso daños en la instalación.

Riesgo de formación de legionelosis:

Los sistemas de acumulación pueden favorecer la aparición de legionelosis. La

Legionella es una bacteria que se desarrolla en un rango comprendido entre

temperaturas entre los 20 y 45 ºC, temperatura que se puede dar en un

acumulador, siempre y cuando encuentre nutrientes adecuados. El máximo

desarrollo de la bacteria se da entre temperaturas de 37ºC y 42ªC, y comienza

a perecer por encima de los 50ºC. A temperaturas superiores a 70 ºC se da la

muerte inmediata de la bacteria.

Los sistemas de acumulación pueden contener sedimentos y rondar

temperaturas que favorezcan su formación por lo que es importante realizar un

buen mantenimiento de los mismos. Aunque se puedan dar condiciones

perfectas para la aparición de la Legionella, siempre que se use la instalación

de continuo y no se trate de un agua estancada, se recomienda que con que el

acumulador alcance supere los 60ºC durante algunas épocas del año y con el

mantenimiento adecuado es suficiente para evitar su aparición.


34 Septiembre, 2018

Gh v



Riesgos de dimensionamiento:

Un mal dimensionamiento puede conllevar a la existencia de dos problemas

opuestos pero igualmente perjudiciales y problemáticos para la instalación.

Un sobredimensionamiento puede acarrear que en épocas de mayor radiación,

el sistema alcance temperaturas más altas de las que puede soportar y se

produzca un rápido deterioro de los componentes que pueden dar lugar

posteriormente al fallo de la instalación, y su necesaria parada y reparación.

Esto conlleva costes extra y perdidos de rendimiento del sistema. Si se da esta

situación es necesario contar con soluciones que disipen el calor excedente o

que eviten que se alcancen valores de temperatura tan elevados.

Por otro lado un dimensionamiento en el que no se alcance una fracción solar

óptima, dificultará la recuperación del capital invertido en la instalación, por lo

que el sistema no será rentable en cuanto a criterios económicos.

Riesgo por meteorología:

La prevención de este riesgo es ajena al dimensionamiento o al buen uso de la

instalación.

Las condiciones meteorológicas pueden causar varios problemas de diferente

gravedad, desde una radiación insuficiente, hasta la rotura del sistema de

captación por la acción de una tormenta.

Debido a que el cálculo de la instalación se realiza en cuanto a datos de

condiciones medias durante los diferentes meses, es muy probable que no

todos los días se den siempre las condiciones de radiación y temperatura

impuestas en el diseño, y se produzcan variaciones en el aporte solar

energético ya sean de carácter beneficioso o perjudicial.

Riesgo de variación de demanda:

Otro posible riesgo son las demandas pico que se puedan producir en ciertas

ocasiones esporádicas, ya que no siempre se darán las condiciones

establecidas y la demanda no será igual durante todos los días de la semana.

Demandas inusuales pueden producir un mayor uso del sistema auxiliar para el

calentamiento de ACS.


35 Septiembre, 2018

Gh v



1.7. Descripción de la solución propuesta

La instalación solar térmica que se ha decidido analizar esta compuesta por un

sistema de captación de placas planas, un interacumulador vertical con un

intercambiador de serpentín es su interior. La instalación contará con un

sistema de apoyo de GN en serie y un Kit Solar encargado de de optimizar el

funcionamiento del sistema, de forma que solo se aporte la energía

estrictamente necesaria y se aproveche la energía solar al máximo.

El sistema primario cuenta con una bomba de recirculación para que el agua

vuelva a los colectores al salir del serpentín del intercambiador de calor.

A continuación se analizan las diferentes elecciones tomadas para cada uno de

los sistemas.

Figura 8. Esquema descriptivo de la instalación estudiada.

Sistema de Captación: (Captador de placas planas)

Se ha optado por utilizar para el estudio un captador de placas planas ya que

es el habitual en instalaciones de ACS, ideal para temperaturas de trabajo no

muy elevadas, por lo que se alcanza las temperaturas de trabajo sin necesidad

de utilizar tubos de vacío. Además el lugar donde se sitúa la instalación cuenta

con la radiación suficiente para no requerir de captadores con mayor

rendimiento.

Es verdad que la instalación de los captadores de tubo de vacio es más

sencilla, debido a su menor peso en comparación con los captadores de placas


36 Septiembre, 2018

Gh v



planas, además soportan mejor las bajas temperaturas, necesitan menos

mantenimiento y oponen menor resistencia al viento. Por contrapartida su vida

útil es de menor duración, son más frágiles y se pueden dañar fácilmente

durante su instalación, aunque si se produjera la rotura de uno de los tubos

bastaría con sustituir ese único tubo sin necesidad de cambiar el resto. Su

elevado precio es otro de los motivos por los que no se opta por este tipo de

captadores ya que son alrededor de dos o tres veces más caros que los de

placas planas. [10] [11]

Se debe aclarar que debido a las bajas temperaturas durante los meses de

invierno, es necesario introducir un anticongelante en el circuito de captación,

con el fin de evitar que el fluido de los captadores se congele inutilizando la

instalación y deteriorándola. El rendimiento del captador se ve influenciado por

la nueva mezcla que corre por el circuito primario, aunque la variación es tan

pequeña que puede ser despreciada.

Sistema de acumulación e intercambio de calor: (Interacumulador

vertical)

De todas las alternativas posibles en cuanto a la acumulación e intercambio de

calor entre el circuito primario y secundario, el más común y adecuado para el

tipo de instalación estudiada, es un sistema de acumulación vertical que dentro

contiene un intercambiador de calor de serpentín.

La posición vertical del depósito de acumulación es la óptima para que se

produzca la estratificación del agua del depósito. Por lo que para un mismo

volumen se tiende a seleccionar el que tenga la forma más esbelta para que se

produzca dicho fenómeno.

El intercambiador interno es más económico que uno externo, ideal para

instalaciones pequeñas. La entrada de agua caliente procedente de los

captadores solares al serpentín se coloca a una altura comprendida entre el 50

y 75% de la altura del acumulador la salida en la parte inferior del mismo, de

esta manera se asegura que el intercambio de calor se produzca en la zona de

acumulación con menos temperatura, de este modo la diferencia de


37 Septiembre, 2018

Gh v



temperaturas entre el fluido de los captadores y el agua fría del acumulador es

mayor, mejorando así la eficiencia del intercambiador.

La entrada del agua de red también se realizara por la parte inferior del

depósito y dispondrá de un deflector que desvíe el chorro para que este no

altere la estratificación del acumulador.

En cuanto a la elección de un intercambiador de serpentín, esta se debe a la

que la eficiencia de ellos es mayor que la de los intercambiadores de doble

pared ya que la zona de intercambio se encuentra en la zona baja del

acumulador, en cambio en los de doble pared, la superficie de intercambio se

extiende alrededor de todo el depósito.

Sistema convencional: (Caldera de GN)

El sistema más utilizado y más económico es la caldera de GN, ya que es la

forma más barata de conseguir la energía demandada entre los sistemas

convencionales, su precio se encuentra en torno al 0,056€/Kwh.

España Pisos Unifamiliares

ACS

Electricidad 21,50% 21,40% 21,70%

Gas Natural 40,30% 51,60% 13,30%

GLP 25,90% 20% 40%

Gasóleo 10,10% 6,10% 19,90%

Carbón 0,10% 0% 0,30%

Renovables 1,70% 0,60% 4,15%

Tabla 2.Fuente de suministro energético [6]

En cambio, según los datos del IDEA y Eurostat (OEE), la fuente de suministro

más utilizada en España para el consumo de ACS en viviendas unifamiliares

son los GLP y electricidad, cuyo precio es de 0,08€/Kwh y 0,12€/Kwh

respectivamente, precio de consumo considerablemente más caro que el de

una caldera de GN. [19]


38 Septiembre, 2018

Gh v



2. Metodología seguida en el desarrollo del

trabajo

2.1. Descripción procedimiento

En este apartado del proyecto se procede a describir y detallar el procedimiento

seguido para el cálculo de los datos energéticos de la instalación, para la

estimación mensual y anual de de las cargas térmicas de la vivienda, se ha

utilizado el método F-Chat, mientras que para el análisis diario del

interacumulador, se ha creado una tabla de cálculo con el programa Excel.

2.1.1. Método F-Chart

La metodología de cálculo que se ha seguido ha sido la del método F-Chart, es

un método reconocido por el IDAE, que lo incluye en su pliego de condiciones

Técnicas y lo recomienda como método de cálculo.

El método F-Chart se basa en la identificación de variables a las que se le

asigna un valor, posteriormente se realiza un ensayo para ver si los resultados

se acercan a los objetivos. Normalmente se comienza con un

predimensionamiento y mediante varias iteraciones se alcanza un correcto

dimensionado de la instalación.

Este método es adecuado y perfectamente válido para el cálculo de pequeños

sistemas solares, como puede ser el cálculo de ACS o de calefacción de una

vivienda, en cambio en sistemas complejos no es aconsejable utilizarlo de

forma determinante ya que el margen de error puede llegar a ser del 40%.

Existen otros métodos de cálculo más precisos que el utilizado, como puede

ser la simulación dinámica. En cambio el método F-Chart presenta varias

ventajas frente a estos métodos más realistas, ya que es más rápido y sencillo,

el error que se comete es insignificante en sistemas pequeños y no requiere

grandes costes ni grandes periodos de formación para su uso.

Además se trata de un método mundialmente reconocido y recomendado por

varias instituciones y gran parte del sector de la energía solar.


39 Septiembre, 2018

Gh v



Los pasos a seguir para el cálculo es la siguiente:

Calculo de la energía destinada al calentamiento de agua para el

consumo de ACS.

Calculo de la radiación incidente sobre la superficie de captación.

Calculo del parámetro D1

Calculo del parámetro D2.

Calculo de f.

Análisis de resultados y realización de iteraciones necesarias.

2.1.1.1. Cálculo demanda de ACS

Para el cálculo de la demanda de ACS se seguirán las indicaciones del CTE

en el documento básico HE-4, punto 4.1 Calculo de la demanda.

La demanda se obtiene tomando los valores de la siguiente tabla facilitada por

el CTE.

Tabla 3. Demanda a referencia de 60ºC (Fuente CTE).


40 Septiembre, 2018

Gh v



La tabla facilitada por el CTE está referenciada para una temperatura de 60ºC,

para una temperatura de acumulador final diferente a esta, se deberá calcular

la demanda asociada a dicha temperatura con las siguientes expresiones:

𝐷 𝑇 = 𝐷𝑖 𝑇

12

𝑖=1

𝐷𝑖 𝑇 = 𝐷𝑖 60° ∙60 − 𝑇𝑖𝑇 − 𝑇𝑖

Donde:

𝐷 𝑇 = Demanda de ACS anual a la temperatura T elegida.

𝐷𝑖 𝑇 = Demanda de ACS para el mes i a la temperatura T elegida.

𝐷𝑖 60° = Demande de ACS para el mes i a la temperatura de 60ºC.

𝑇 = Temperatura del acumulador final.

𝑇𝑖 = Temperatura media del agua fría en el mes i (Tabla 4).

2.1.1.2. Cálculo demanda energética

Una vez se tienen la demanda de ACS, se puede calcula la demanda

energética necesaria para el calentamiento de ACS durante un día, mediante la

siguiente expresión:

𝑄𝐴𝐶𝑆 = 𝐶𝑒 ∙ 𝐶𝐴𝐶𝑆 ∙ 𝑡ª𝐴𝐶𝑆 − 𝑡ª𝑅𝐸𝐷

Donde:

𝑄𝐴𝐶𝑆= Energía demandada por el consumo de ACS (Kj/día).

𝐶𝑒 = Calor especifico del agua (4,18 Kj/Kg ºC).

𝐶𝐴𝐶𝑆 = Consumo diario de ACS (Kg/día) (densidad del agua 1Kg/litro).

𝑡ª𝐴𝐶𝑆 = Temperatura de ACS (ºC).

𝑡ª𝑅𝐸𝐷 = Temperatura media del agua de red del mes estudiado (ºC).

Los datos de las temperaturas medias del agua de red se obtienen de la

siguiente tabla.

Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic

Tº media (ºC)

8 8 10 12 14 17 20 19 17 13 10 8

Tabla 4. Temperatura media del agua de RED (Fuente: CTE).


41 Septiembre, 2018

Gh v



A la carga energética obtenida de ACS es necesario sumarle las perdidas

procedentes del sistema de acumulación y de las pérdidas que se dan durante

la distribución. Estas pérdidas dependerán en gran medida de la calidad de los

materiales de distribución y a los elementos de almacenamiento que se utilicen.

Ya que el fin de este proyecto no se centra en la selección de dicho materiales

se ha estimado un valor de perdidas aproximado.

𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝐴𝐶𝑆 𝐵𝑟𝑢𝑡𝑎 = 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝐴𝐶𝑆 𝑁𝑒𝑡𝑎 + 𝑃é𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎𝑠

Por lo tanto la nueva QACS de trabajo es la QACS Bruta.

2.1.1.3. Radiación incidente sobre una superficie

Una vez obtenida la demanda energética de la vivienda, el siguiente paso

realizado ha sido el cálculo de la radiación que el sistema de captación es

capaz de captar durante los diferentes meses del año. Se ha obtenido la

radiación de horizontal a lo largo de los diferentes meses del año según el

IDAE.

(Kwh/m2)

Ene 2,27

Feb 3,25

Mar 4,63

Abr 5,75

May 6,61

Jun 7,75

Jul 8,02

Ago 7,00

Sep 5,47

Oct 3,55

Nov 3,41

Dic 1,86

Tabla 5. Radiación solar en Madrid (Fuente: IDAE).

Para conocer la energía que es posible captar por parte del sistema, es

necesario aplicar unos factores de corrección ya que los captadores solares

cuentan con un Angulo de inclinación β, por lo que la radiación que les llega es

diferente a la que incide sobre un plano horizontal.


42 Septiembre, 2018

Gh v



La energía incidente en el plano de captación (RI), se obtiene de la siguiente

expresión:

𝑅𝐼 = 𝐻 ∙ 𝐾 ∙ 0,94 ∙ 𝐹𝐼 ∙ 𝐹𝑆

𝐻 = Radiación media de un día medio de cada mes sobre un m2 de una

superficie horizontal.

𝐾 = Factor de corrección en función de la latitud del lugar del

emplazamiento y la inclinación β de los captadores.

0,94= Coeficiente de reducción de energía por el ciclo de histéresis en la

regulación recomendado por el CTE.

𝐹𝐼 = Perdidas por orientación e inclinación.

𝐹𝑆 =Perdidas por sombras.

El valor del factor K se obtiene directamente de la siguiente tabla:

Tabla 6. Factor de corrección K (Fuente: CLEANENERGYSOLAR).[13]

Para obtener el valor K, es necesario escoger la tabla de la latitud

correspondiente a la instalación, que en el caso analizado es de 40º 25 por lo

que se escoge la tabla de 40º.

Como el factor K también depende de la inclinación de los captadores,

previamente se elige en ángulo de inclinación de los mismos.


43 Septiembre, 2018

Gh v



Para el cálculo de FI, puede estimarse con la expresión:

100 ∙ 1,2 ∙ 10−4 ∙ (𝛽 − 𝛽𝑜𝑝𝑡 )2 + 3,5 ∙ 10−5 ∙ 𝛼 𝑝𝑎𝑟𝑎 15° < 𝛽 < 90°

100 ∙ 1,2 ∙ 10−4 ∙ (𝛽 − 𝛽𝑜𝑝𝑡 )2 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝛽 < 15°

Siendo:

β = Inclinación real

βopt = Inclinación óptima de los captadores, en función del periodo de

utilización y latitud del lugar.

Siguiendo el criterio del CTE, el ángulo β y orientación α más adecuado para

los captadores solares de la instalación será:

- Orientación: Sur geográfico, α=0º

- Inclinación: Dependiendo del periodo de utilización, uno de los valores

siguientes:

o Demanda constante anual: β= Latitud geográfica.

o Demanda preferente en invierno: β= Latitud geográfica + 10º.

o Demanda preferente en verano: β= Latitud geográfica – 10º.


44 Septiembre, 2018

Gh v



2.1.1.4. Cálculo del parámetro D1

El parámetro D1 relaciona la energía absorbida por el captador plano, o energía

útil, y la carga calorífica mensual.

𝐷1 =𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 ú𝑡𝑖𝑙 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑎𝑝𝑡𝑎𝑑𝑜𝑟

𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟í𝑓𝑖𝑐𝑎 𝑚𝑒𝑛𝑠𝑢𝑎𝑙=

𝑄ú𝑡𝑖𝑙

𝑄𝐴𝐶𝑆 𝐵𝑢𝑡𝑎

La energía absorbida por un captador plano se calcula multiplicando el

rendimiento del captador por la energía incidente sobre la superficie del mismo.

El rendimiento de un captador es la relación entre la energía captada y la

energía recibida.

𝜂 =𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑐𝑎𝑝𝑡𝑎𝑑𝑎

𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑟𝑒𝑐𝑖𝑏𝑖𝑑𝑎=

𝑄ú𝑡𝑖𝑙

𝑆𝑐 ∙ 𝑅𝑖

Donde:

𝑆𝑐= Superficie de captación (m2).

𝑅𝑖= Radiación incidente por unidad de superficie.

Mediante la ecuación de Bliss o ecuación característica del captador, se puede

hallar la energía útil del captador:

𝑄ú𝑡𝑖𝑙 = 𝑆𝑐 ∙ 𝐹𝑟 ∙ 𝜏 ∙ 𝛼 ∙ 𝑅𝑖 − 𝐹𝑟 ∙ 𝑈𝐿 𝑡𝑒 − 𝑡𝑎

Dónde:


𝐹𝑟 ∙ 𝜏 ∙ 𝛼 = Coeficiente óptico (Adimensional).

𝐹𝑟 ∙ 𝑈𝐿= Coeficiente de pérdidas (W/m2 ºC).

𝑡𝑒= Temperatura del fluido caloportador a la entrada (ºC).

𝑡𝑎=Temperatura media ambiente del mes estudiado (ºC)

Sustituyendo en la ecuación del rendimiento:

𝜂 =𝑆𝑐 ∙ 𝐹𝑟 ∙ 𝜏 ∙ 𝛼 ∙ 𝑅𝑖 − 𝐹𝑟 ∙ 𝑈𝐿 𝑡𝑒 − 𝑡𝑎

𝑆𝑐 ∙ 𝑅𝑖


45 Septiembre, 2018

Gh v



Simplificando se obtiene la ecuación de rendimiento de un captador que se

asemeja a una recta:

𝜂 = 𝐹𝑟 ∙ 𝜏 ∙ 𝛼 −𝐹𝑟 ∙ 𝑈𝐿 𝑡𝑒 − 𝑡𝑎

𝑅𝑖

Con esta expresión se puede obtener fácilmente 𝑄ú𝑡𝑖𝑙 , es decir:

𝑄ú𝑡𝑖𝑙 = 𝜂 ∙ 𝑆𝑐 ∙ 𝑅𝑖

A esta expresión se le puede añadir el término (Fr‟/ Fr), que determina la

reducción de la energía útil del captador debido al intercambio de energía que

tiene lugar entre el circuito primario y secundario.

Este valor se puede calcular mediante formulas o establece una relación con el

valor EI, que es la eficiencia del intercambiador de calor.

Por lo que la formula de la energía útil del captador pasaría a ser:

𝑄ú𝑡𝑖𝑙 = 𝜂 ∙ 𝑆𝑐 ∙ 𝑅𝑖 ∙ 𝐹𝑟 ′

𝐹𝑟


46 Septiembre, 2018

Gh v



2.1.1.5. Cálculo del parámetro D2

El parámetro D2 relaciona las pérdidas de energía en el captador solar, para

una temperatura determinada, y la demanda energética de ACS.

𝐷2 =𝑃é𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑒𝑔í𝑎 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑐𝑎𝑝𝑡𝑎𝑑𝑜𝑟


𝑄𝑝

𝑄𝐴𝐶𝑆 𝐵𝑟𝑢𝑡𝑎

Las pérdidas energéticas del captador, se calculan mediante la siguiente

expresión:

𝑄𝑝 = 𝑆𝑐 ∙ 𝐹𝑟 ∙ 𝑈𝐿 ∙ 𝐹𝑟 ′

𝐹𝑟 ∙ 100 − 𝑡𝑎 ∙ ∆𝑡 ∙ 𝐾1 ∙ 𝐾2

Donde:


𝐹𝑟 ∙ 𝑈𝐿= Coeficiente global de pérdidas (W/m2 ºC).

𝐹𝑟 ′

𝐹𝑟 =Factor de corrección, por intercambio de energía.

𝑡𝑎=Temperatura media ambiente del mes estudiado (ºC).

∆𝑡 = Periodo de tiempo en segundos (s).

𝐾1 = Factor de corrección por almacenamiento.

𝐾2 = Factor de corrección que relaciona la temperatura mínima de ACS,

la del agua de red y la media ambiente.

El factor de corrección 𝐾1, se determina mediante la siguiente fórmula:

𝐾1 = 𝐾𝑔 𝑎𝑐𝑢𝑚𝑢𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛

75 ∙ 𝑆𝑐 −0,25

El factor de corrección 𝐾2, se determina mediante la siguiente fórmula:

𝐾2 = 11,6 + 1,18 ∙ 𝑡𝑎𝑐 + 3,86 ∙ 𝑡𝑅𝐸𝐷 − 2,32 ∙ 𝑡𝑎

100 − 𝑡𝑎

Siendo:

𝑡𝑎𝑐=Temperatura mínima de ACS.

𝑡𝑅𝐸𝐷= Temperatura del agua de red.

𝑡𝑎 = Temperatura media ambiente del mes estudiado.


47 Septiembre, 2018

Gh v



2.1.1.6. Cálculo de la fracción solar “f”

Una vez se obtienen los valores de D1 y D2, se puede comenzar ya con el

cálculo del parámetro f, que indica que fracción de la demanda de ACS es

proporcionada por la energía solar. De esta manera obtendremos la energía

que realmente se aporta para el calentamiento del ACS.

La fracción solar se calcula aplicando la siguiente expresión:

𝑓 = 1,029 ∙ 𝐷1 − 0,065 ∙ 𝐷2 − 0,245 ∙ 𝐷12 + 0,0018 ∙ 𝐷2

2 + 0,0215 ∙ 𝐷13

Por lo que multiplicando la demanda energética de ACS por f, se obtiene

directamente la energía aportada a la instalación.

𝑄𝑎 = 𝑄𝐴𝐶𝑆 𝐵𝑟𝑢𝑡𝑎 ∙ 𝑓

Una vez obtenido el valor de 𝑄𝑎 para los diferentes meses del año, se debe

valorar si los resultados obtenidos, se ajustan a los objetivos deseados, o con

la normativa vigente. En el caso que esto no se cumpla se deberá iterar hasta

conseguirlo, cambiando algunos parámetros de entrada como pueden ser la

superficie de captación, el volumen de acumulación o la calidad de los

captadores.


48 Septiembre, 2018

Gh v



2.1.2. Análisis del interacumulador

Una vez obtenidos la energía aportada a la instalación, se procede a analizar el

intercambio de energía y variación de temperatura del acumulador a lo largo

del día, para así poder obtener un volumen de trabajo que cumpla con los

requisitos impuestos, con el fin de asegurar el confort de los usuarios y el

máximo aprovechamiento de la energía solar.

Para ello se ha desarrollado un método basado en una tabla de cálculo,

implementada con el programa Microsoft Office Excel.

Lo que se pretende con este análisis es encontrar un volumen de acumulación

suficientemente grande para evitar la variación excesiva de la temperatura del

depósito. Debido a la naturaleza de la ubicación, la diferencia de radiación

entre las diferentes épocas del año, puede provocar que se den temperaturas

excesivamente elevadas en los meses más calurosos y demasiado bajas en los

meses más fríos. Utilizando un volumen de acumulación elevado se pueden

reducir estas variaciones de temperatura.

Aunque las altas temperaturas pueden dañar la instalación, existen varias

maneras de reducir la temperatura del depósito o prevenir que estas se

alcancen. El CTE propone varias alternativas en caso de que la energía

generada por el sistema solar supere el 100% de la demanda de ACS,

recogidos en el apartado 2.2.2 del Documento Básico de Ahorro de Energía.

En cambio, en caso de tener temperaturas bajas no se puede aumentar la

temperatura de ninguna manera por lo que es necesario prevenir este

fenómeno con un volumen de almacenamiento adecuado.

Para el cálculo del volumen, se ha de determinar la variación de temperatura

que se desea durante las horas en las que la radiación es mínima o nula. Es

decir, a partir de las 17:00, ya que en los meses con menor radiación, la

energía captada es nula a partir de esta hora. Con esto se consigue obtener la

temperatura mínima del depósito justo antes de comenzar a captar energía de

nuevo. Así nos aseguraremos que la energía captada durante el periodo de


49 Septiembre, 2018

Gh v



radiación sea capaz de abastecer los periodos en los que la radiación es nula y

mantener una temperatura adecuada.

Este análisis no representa el funcionamiento verdadero de la instalación, ya

que se impone que la energía captada durante las horas de radiación no se

use, sino que se acumule, para ser utilizada en los periodos en los que la

radiación es nula. En cambio en la práctica, no se impone que energía se va a

utilizar o almacenar a ciertas horas del día, si no que el sistema modulante se

encarga de gestionar cuando se debe utilizar la energía captada con el fin de

aprovecharla al máximo.

A pesar de no ser una representación fiel de la realidad, el análisis sirve para

orientarse de las temperaturas que puede tener el acumulador a lo largo del día

y para ver que volumen de acumulación es más idóneo. Además si se reparte

la energía de apoyo entre los distintos periodos con el mismo porcentaje que se

reparte la demanda, se puede obtener una aproximación de lo que sería la

variación de la temperatura a lo largo del día más realista.

El cálculo de volumen se realiza para los 12 meses del año, siguiendo las

condiciones de funcionamiento explicadas, y se escoge el valor más crítico, es

decir, el mayor volumen necesario.

Debido a que la demanda energética no es constante a lo largo del día, se ha

de diferenciar los niveles de consumo en diferentes franjas horarias, además la

radiación solar tampoco es constante por lo que se debe calcular cuanta

energía se aporta a la instalación a las diferentes horas del día.

El día se ha dividido en los siguientes intervalos de consumo:

Intervalo horario 0 - 6

horas 6 - 14 horas

14 - 17 horas

17 - 22 horas

22 - 24 horas

Consumo en % 3,00% 57,00% 12,50% 25,50% 2,00%

Tabla 7. Porcentaje de consumos durante el día.

Los porcentajes de consumo expresan la cantidad de la energía total

demandada, que se consume durante un periodo de tiempo determinado.


50 Septiembre, 2018

Gh v



Para calcular las diferentes radiaciones a lo largo del día, se han utilizado datos

de las tablas disponibles en el Anexo II: Datos de radiación a lo largo del día.

Esta información se ha extraído del Atlas de Radiación Solar del País Vasco

[22]. A pesar de no ser los datos de Madrid, la diferencia entre la distribución de

la radiación a lo largo del día es mínima y se ha considerado despreciable el

diferencia que supondría utilizar los datos de Madrid. Se ha calculado el

porcentaje de radiación durante los diferentes intervalos horarios, y se han

relacionado dichos porcentajes con la energía aportada a la instalación.

Ejemplo:

El valor de radiación a una hora determinada, por ejemplo a las 10 de la

mañana, expresa la cantidad de radiación acumulada de 9 a 10.

La radiación de un día despejado es simétrica respecto del mediodía solar, por

lo que la radiación incidente a las 10 de la mañana es la misma que a las 3 de

la tarde.

Hora del día 5=20 6=19 7=18 8=17 9=16 10=15 11=14 12=13

Radiación por horas (Kwh/m2)

0 0 0 0,038 0,179 0,32 0,428 0,485

Porcentaje de radiación %

0,00 0,00 0,00 2,62 12,34 22,07 29,52 33,45

Tabla 8. Ejemplo de radiación a lo largo del día.

Intervalo horario 0 - 6

horas 6 - 14 horas

14 - 17 horas

17 - 22 horas

22 - 24 horas

Radiación % 0,00% 81,48% 18,52% 0,00% 0,00%

Energía Solar Térmica aportada (Kj)

0 17.608 4.001 0 0

Tabla 9. Ejemplo energía aportada en diferentes intervalos.


51 Septiembre, 2018

Gh v



La expresión que determina el volumen necesario es la siguiente:

𝑉 =𝐸𝐴𝐶𝑆 + 𝐸𝑃 − 𝐸𝑎

∆𝑇 ∙ 𝐶𝑃

𝐸𝐴𝐶𝑆= Energía demandada de ACS durante periodo de cálculo (Kj).

𝐸𝑃= Energía perdida del acumulador durante periodo de cálculo (Kj).

𝐸𝑎= Energía aportada al acumulador durante periodo de cálculo (Kj).

∆𝑇= Variación de temperatura deseada (ºC).

𝐶𝑒 = Calor especifico del agua (4,18 Kj/Kg ºC).

El volumen calculado debe cumplir unos límites establecidos por el CTE.

Dichos límites relacionan el volumen de acumulación y la superficie de

captación.

50 <𝑉

𝑆𝑐< 180

𝑉=Volumen de acumulación solar (litros).


Posteriormente se analizan y se muestran todos los resultados en una tabla de

cálculo y se puede proceder a realizar una nueva redistribución la energía

captada de manera que se aproxime más a la realidad.


52 Septiembre, 2018

Gh v



2.2. Descripción de las tareas. Gantt

FEBRERO MARZO ABRIL MAYO JUNIO JULIO 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

Tabla 10.Distribucion de tareas, Diagrama de Gantt.

INICIO DURACION FIN

1 Elección del TFG 10/02/2018 21 03/03/2018

2 Búsqueda de información 04/03/2018 108 20/06/2018

3 Redacción de la Memoria 23/03/2018 18 10/04/2018

4 Cálculos demanda ACS y energética 10/04/2018 10 20/04/2018

5 Elaboración F-Chart 25/04/2018 51 15/06/2018

6 Elaboración tabla del acumulador 24/05/2018 26 19/06/2018

7 Aprendizaje y Utilización de CHEQ4 08/06/2018 3 11/06/2018

8 Redacción de Metodología 11/06/2018 4 15/06/2018

9 Redacción de cálculos restantes 15/06/2018 4 19/06/2018

10 Elaboración tablas de resultados y análisis

20/06/2018 5 25/06/2018

11 Redacción de Análisis de resultados 26/06/2018 4 30/06/2018

12 Redacción de Conclusiones 01/07/2018 2 03/07/2018

13 Correcciones 04/06/2018 12 16/06/2018

Tabla 11. Asignación de tareas


53 Septiembre, 2018

Gh v



2.3. Cálculos y resultados

En este apartado del documento se muestran los cálculos realizados y los

resultados de los mismos.

2.3.1. Demanda de ACS

Consumo de litros por persona al día de ACS para los distintos meses del año:

𝐷𝑖 𝑇 = 𝐷𝑖 60° ∙60 − 𝑇𝑖𝑇 − 𝑇𝑖

Datos:

𝐷𝑖 60° =28 (Litros/persona)

T=55(ºC)

𝑇𝑖= Tabla 4

Resultados obtenidos:


Litros/persona 30,9 30,9 31,1 31,2 31,4 31,6 32,0 31,8 31,6 31,3 31,1 30,9

Tabla 12.Resultados litros por persona de ACS.

2.3.2. Demanda energética

Energía necesaria para el calentamiento ACS:

𝑄𝐴𝐶𝑆 = 𝐶𝑒 ∙ 𝐶𝐴𝐶𝑆 ∙ 𝑡ª𝐴𝐶𝑆 − 𝑡ª𝑅𝐸𝐷

Datos:

𝐶𝑒 = 4,18 (Kj/Kg ºC) 𝑡ª𝐴𝐶𝑆 = 55 (ºC)

𝐶𝐴𝐶𝑆 = Tabla 11 𝑡ª𝑅𝐸𝐷 = Tabla 4


QACS (Kj) QACS (Kj)

Ene 24.344,32 Jul 18.726,40

Feb 24.344,32 Ago 19.194,56

Mar 23.408,00 Sep 20.130,88

Abr 22.471,68 Oct 22.003,52

May 21.535,36 Nov 23.408,00

Jun 20.130,88 Dic 24.344,32

Tabla 13. Resultados demanda energética neta.


54 Septiembre, 2018

Gh v



Una vez obtenida la demanda neta de energía es necesario hallar la demanda

bruta, que será:

𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝐵𝑟𝑢𝑡𝑎 = 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑁𝑒𝑡𝑎 + 𝑃é𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎𝑠

Las pérdidas de energía existentes en el acumulador y en el circuito de

distribución, se han supuesto 6.4080 Kj al día.

QACS Bruta (Kj)

QACS Bruta (Kj)

Ene 30.824,32 Jul 25.206,40

Feb 30.824,32 Ago 25.674,56

Mar 29.888,00 Sep 26.610,88

Abr 28.951,68 Oct 28.483,52

May 28.015,36 Nov 29.888,00

Jun 26.610,88 Dic 30.824,32

Tabla 14. Resultados demanda energética bruta.

2.3.3. Radiación incidente (RI)

Radiación incidente sobre superficie de captación:

𝑅𝐼 = 𝐻 ∙ 𝐾 ∙ 0,94 ∙ 𝐹𝐼 ∙ 𝐹𝑆

Datos:

𝐻 = Tabla 5

𝐹𝑆= Pérdidas por sombra se han supuesto nulas.

La inclinación de los captadores solares idónea es de 40º y orientación sur (0º).

Por lo tanto se ha escogido este ángulo de inclinación y orientación. El factor K

de la instalación será:


Factor K de

corrección 1,41 1,28 1,13 0,98 0,87 0,83 0,87 0,99 1,18 1,39 1,54 1,52

Tabla 15. Tabla factor de corrección K para 50º de inclinación.

Ya que en nuestro caso el ángulo de los captadores y el ángulo idóneo es el

mismo no se tendrá pérdidas por orientación ni por inclinación de los

captadores solares.


55 Septiembre, 2018

Gh v



𝐹𝐼 = 100 ∙ 1,2 ∙ 10−4 ∙ (𝛽 − 𝛽𝑜𝑝𝑡 )2 + 3,5 ∙ 10−5 ∙ 𝛼 𝑝𝑎𝑟𝑎 15° < 𝛽 < 90°

𝛽=40º y 𝛼=0º

Resultado: FI= 0%

Por lo tanto los valores de RI para los distintos meses del año serán:

RI (W/m2) RI (W/m2)

Ene 10.357,21 Jul 25.009,22

Feb 13.761,80 Ago 24.126,23

Mar 17.629,54 Sep 21.725,75

Abr 19.629,23 Oct 16.197,40

May 20.612,33 Nov 11.866,17

Jun 23.404,08 Dic 9.036,01

Tabla 16. Resultados RI

2.3.4. Parámetro D1

Rendimiento del captador solar:

𝜂 = 𝐹𝑟 ∙ 𝜏 ∙ 𝛼 −𝐹𝑟 ∙ 𝑈𝐿 𝑡𝑒 − 𝑡𝑎

𝑅𝑖

Datos:

𝐹𝑟 ∙ 𝜏 ∙ 𝛼 = 0,75 (Adimensional)

𝐹𝑟 ∙ 𝑈𝐿 =3,863 (W/m2 ºC)

𝑅𝑖= Tabla 15

𝑡𝑒= 55 (ºC)

𝑡𝑎= Tabla 17


Tº media Ambiente (ºC)

6,2 7,4 9,9 12,2 16 20,7 24,4 23,9 20,5 14,7 9,4 6,4

Tabla 17. Temperatura media ambiente. [14]


% % % %

Rendimiento Captador

Ene 68,46 Abr 71,74 Jul 73,12 Oct 71,50

Feb 70,09 May 72,09 Ago 73,08 Nov 69,73

Mar 71,30 J.un 72,71 Sep 72,71 Dic 67,63

Tabla 18. Resultados rendimiento captador.

Valores proporcionados por el fabricante.


56 Septiembre, 2018

Gh v



Energía útil captada por el captador:

𝑄ú𝑡𝑖𝑙 = 𝜂 ∙ 𝑆𝑐 ∙ 𝑅𝑖 ∙ 𝐹𝑟 ′

𝐹𝑟

Datos:

𝜂= Tabla 17 𝑅𝑖= Tabla 15 𝐹𝑟 ′

𝐹𝑟 =0,94

El valor de 𝐹𝑟 ′

𝐹𝑟 se puede calcular con formulas o directamente relacionarlo con

la eficiencia del intercambiador (EI).

EI Fr’/Fr

0,5 0,88

0,6 0,91

0,7 0,94

0,8 0,97

0,9 0,98

Tabla 19. Relación Fr‟/Fr con EI.

Para una instalación constante a lo largo del año se puede considerar EI=0,7.

La superficie de captación dependerá en gran parte de la fracción solar „‟f‟‟ que

se deseé obtener y de los objetivos que se quieran cumplir, ya que puede que

no sea la misma Sc, para una instalación orientada a obtener un gran beneficio

económico, que para una instalación en la que la mayor prioridad sea un gran

beneficio medioambiental.

La superficie de captación óptima se suele obtener después de un proceso

iterativo. Para comenzar, se puede estimar una superficie de captación

utilizando la siguiente expresión:

𝑆𝑐 =𝑄𝐴𝐶𝑆 𝑑𝑖𝑎𝑟𝑖𝑎 ∙ 𝑓

𝐻𝑜 ∙ 𝜂

Siendo:

𝑄𝐴𝐶𝑆 𝑑𝑖𝑎𝑟𝑖𝑎 = Media anual de la demanda de ACS diaria (MJ/día).

𝑓 = Fracción solar.

𝐻𝑜 = Media anual de la radiación horizontal diaria (MJ/m2 día).

𝜂 = Rendimiento de la instalación.


57 Septiembre, 2018

Gh v



Datos:

𝑄𝐴𝐶𝑆 𝑑𝑖𝑎𝑟𝑖𝑎 =28,38

𝐻𝑜= 17,57

𝜂= Se ha tomado un valor de 0,4

𝑓 = La exigencia mínima del CTE para la zona IV que es donde se sitúa la

instalación es de 0,6, ya para asegurar que se cumple sin problemas se ha

tomado un valor de 0,7.

La superficie de captación obtenida: 𝑆𝑐 = 2,82 m2.

Redondeando el resultado se ha tomado un valor de 2,8 m2.

Resultados de Qutil:

Qutil (Kj) Qutil (Kj)

Ene 18.658,92 Jul 48.248,15

Feb 25.423,50 Ago 46.486,83

Mar 33.149,94 Sep 41.623,84

Abr 37.181,51 Oct 30.498,57

May 39.261,24 Nov 21.754,73

Jun 44.944,19 Dic 16.058,19

Tabla 20. Energía útil captada.

Parámetro D1:

𝐷1 =𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 ú𝑡𝑖𝑙 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑎𝑝𝑡𝑎𝑑𝑜𝑟


𝑄ú𝑡𝑖𝑙


Datos:

𝑄ú𝑡𝑖𝑙= Tabla 19

𝑄𝐴𝐶𝑆= Tabla 13


D1 D1

Ene 0,6053 Jul 1,9141

Feb 0,8248 Ago 1,8106

Mar 1,1091 Sep 1,5642

Abr 1,2843 Oct 1,0707

May 1,4014 Nov 0,7279

Jun 1,6889 Dic 0,5210

Tabla 21. Resultados parámetro D1


58 Septiembre, 2018

Gh v



2.3.5. Parámetro D2

Parámetro D2:

𝐷2 =𝑃é𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑒𝑔í𝑎 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑐𝑎𝑝𝑡𝑎𝑑𝑜𝑟


𝑄𝑝


Las pérdidas energéticas del captador:

𝑄𝑝 = 𝑆𝑐 ∙ 𝐹𝑟 ∙ 𝑈𝐿 ∙ 𝐹𝑟 ′

𝐹𝑟 ∙ 100 − 𝑡𝑎 ∙ ∆𝑡 ∙ 𝐾1 ∙ 𝐾2

Datos:

𝑆𝑐= 2 m2

𝐹𝑟 ∙ 𝑈𝐿 =3,863 (W/m2 ºC)

𝐹𝑟 ′

𝐹𝑟 =0,94

𝑡𝑎=Tabla 16

∆𝑡 = 30 días del mes ∙24 horas/día ∙ 3600s/hora

𝐾1 = 𝐾𝑔 𝑎𝑐𝑢𝑚𝑢𝑙𝑎𝑐𝑖 ó𝑛

75∙𝑆𝑐 −0,25

= 300

75∙3 −0,25

= 0,5466

𝐾2 = 11,6+1,18∙𝑡𝑎𝑐 +3,86∙𝑡𝑅𝐸𝐷 −2,32∙𝑡𝑎

100−𝑡𝑎

K2 K2

Ene 0,9914 Jul 1,2843

Feb 0,9742 Ago 1,2404

Mar 1,0226 Sep 1,1894

Abr 1,0765 Oct 1,0853

May 1,1121 Nov 1,0297

Jun 1,1866 Dic 0,9886

Tabla 22. Factor de corrección K2.

Resultados obtenidos de D2:

D2 D2

Ene 1,4487 Jul 1,8497

Feb 1,4054 Ago 1,7654

Mar 1,4802 Sep 1,7063

Abr 1,5677 Oct 1,5607

May 1,6013 Nov 1,4989

Jun 1,6980 Dic 1,4415

Tabla 23. Resultados parámetro D2.


59 Septiembre, 2018

Gh v



2.3.6. Fracción solar “f’’

Se calcula mediante:

𝑓 = 1,029 ∙ 𝐷1 − 0,065 ∙ 𝐷2 − 0,245 ∙ 𝐷1 2 + 0,0018 ∙ 𝐷2

2 + 0,0215 ∙ 𝐷1 3

Datos:

D1= Tabla 20

D2= Tabla 22


“f’’ “f’’

Ene 0,4475 Jul 1,1087

Feb 0,6063 Ago 1,0784

Mar 0,7770 Sep 0,9867

Abr 0,8655 Oct 0,7502

May 0,9206 Nov 0,5341

Jun 1,0375 Dic 0,3827

Tabla 24. Fracción solar de cada mes.

FAnual= 0,76

Cantidad de energía aportada a la instalación:

𝑄𝑎 = 𝑄𝐴𝐶𝑆 𝐵𝑟𝑢𝑡𝑎 ∙ 𝑓

Datos:

QACS Bruta = Tabla 13

f = Tabla 23

Resultados obtenidos

Qa (Kj) Qa (Kj)

Ene 13.793,58 Jul 27.946,26

Feb 18.689,04 Ago 27.687,71

Mar 23.222,12 Sep 26.257,30

Abr 25.057,27 Oct 21.369,37

May 25.790,79 Nov 15.962,87

Jun 27.607,58 Dic 11.795,10

Tabla 25. Energía aportada al sistema.


60 Septiembre, 2018

Gh v



2.3.7. Interacumulador.

Volumen necesario para soportar carga energética a desde las 5 de la tarde

hasta las 6 de la mañana:

𝑉 =𝐸𝐴𝐶𝑆 + 𝐸𝑃 − 𝐸𝑎

∆𝑇 ∙ 𝐶𝑃

Datos:

𝐸𝐴𝐶𝑆 + 𝐸𝑃=𝐸𝐴𝐶𝑆 𝐵𝑟𝑢𝑡𝑎 = Tabla 13, multiplicada por el porcentaje de uso del

periodo de tabla 7 (Kj)

𝐸𝑎= Valor de tabla 24 multiplicado por el porcentaje de radiación

correspondiente a cada periodo, obtenido de las tablas del Anexo II:

Datos de radiación a lo largo del día (Kj)

𝐶𝑃=4,18 (Kj/Kg ºC)

∆𝑇= Se ha determinado que la variación máxima de temperatura que se

debe producir en el depósito a lo largo del día, bajo las condiciones

impuestas sea de 10ºC


V (Litros) V (Litros)

Ene 261,60 Jul 158,31

Feb 261,60 Ago 185,39

Mar 245,46 Sep 217,85

Abr 220,10 Oct 241,53

May 196,57 Nov 254,71

Jun 161,51 Dic 261,60

Tabla 26. Volumen de acumulación para cada mes.

Como era de esperar, debido a su baja radiación, la menor a lo largo del año, y

su alta demanda de ACS, el volumen mayor se ha obtenido para el mes de

diciembre. Para asegurar que se cumplan las condiciones impuestas el

volumen seleccionado debe de estar por encima de los 261,6 Litros, con el fin

de acercarse más a una situación real, se ha buscado una capacidad que se

amolde a las medidas comerciales. El volumen con el que se ha trabajado es

de 300 Litros.


61 Septiembre, 2018

Gh v



A la hora de simular el comportamiento del interacumulador a lo largo de un día

se ha atribuido la energía de apoyo de la misma manera que la energía

demandada, es decir, a cada periodo del día, se le ha atribuido un porcentaje

de la energía de apoyo total.

DICIEMBRE

Intervalo horario (0 - 24 horas)

0 - 6 horas

6 - 14 horas

14 - 17 horas

17 - 22 horas

22 - 24 horas

% del consumo diario 3,00% 57,00% 12,50% 25,50% 2,00%

Perdidas en el acumulador

1.620 2.160 810 1.350 540

Energía NETA demandada

(Kj) 730,33 13.876,26 3.043,04 6.207,8 486,886

Potencia NETA demandada

(Kw) 0,034 0,482 0,282 0,345 0,068

Energía Solar Térmica aportada

(Kj) 0 10.446,46 2.106,4 0 0

Potencia Solar Térmica aportada

(Kw) 0 0,363 0,195 0 0

Signo ΔT - + + - -

Temperatura inicial en depósito

(ºC) 49,16 47,72 51,57 52 49,69

Temperatura final en depósito

(ºC) 47,72 51,57 52 49,69 49,16

Energía de apoyo (Kj)

548,144 10.414,73 2.283,932 4.659,222 365,429

Potencia de apoyo (Kw) 0,025 0,362 0,211 0,259 0,05

Tabla 27. Comportamiento del interacumulador en Diciembre.

Debido a que la mayor variación de temperatura que se puede dar entre las

17:00 y las 6:00 es de 10ºC, se ha establecido que la temperatura a las 17:00,

que se estima que esta será la hora del día en la que la temperatura será la

máxima, sea de 52 ºC.


62 Septiembre, 2018

Gh v



2.4. Análisis resultados.

A continuación se analizan algunos resultados obtenidos, y se muestra un

análisis financiero, energético y medioambiental, de la instalación seleccionada

y para diferentes áreas de captación. De esta manera se podrá ver la respuesta

de la instalación bajo distintas superficies de captación, evaluar sus posibles

benéficos e inconvenientes y mostrar soluciones a dichos problemas.

2.4.1. Análisis energético de la instalación.

Gráfica 1. Fracción solar “f” durante el año.

La fracción solar a lo largo del año varía desde un 0,39 hasta un 1,04. Esta

gran variación se debe a la clima continental de Madrid, en el cual se dan

radiaciones bajas en los meses más fríos y muy altas en los más calurosos. De

todas formas, la fracción solar anual es de 0,74, superior al mínimo de 0,7

exigido por el CTE, por lo que se encuentra dentro de la legalidad vigente.

Puesto que la “f” no se supera durante 3 meses consecutivos el valor de 1, la

instalación no necesitaría estrictamente contar con un sistema de disipación.

Calculando la fracción solar “f” global, de la instalación para distintas

superficies de captación se obtienen los siguientes resultados:

0,45

0,61

0,780,87

0,92

1,041,11 1,08

0,99

0,75

0,53

0,38

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20


F


63 Septiembre, 2018

Gh v



Sc (m2) "f" Sc (m

2) "f" Sc (m2) "f”

1 0,3219 2,2 0,6122 3,4 0,8169

1,2 0,3794 2,4 0,6704 3,6 0,8376

1,4 0,4342 2,6 0,7105 3,8 0,855

1,6 0,4865 2,8 0,7428 4 0,8696

1,8 0,5361 3 0,7725 4,2 0,8832

2 0,5833 3,2 0,7952 4,4 0,8953

Tabla 28. Fracción solar para diferentes Sc.

Gráfica 2. Fracción solar para distintas Sc.

Obviamente a medida que aumenta la Sc, aumenta el valor de la fracción solar

anual. Sin embargo esto no significa que sea más conveniente aumentar

siempre el área de captación ya que puede que otros aspectos de la instalación

se vean perjudicados en consecuencia de dicho aumento. Por este motivo es

necesario estudiar el rendimiento de la instalación y su comportamiento frente a

distintas áreas de captación.

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 2,6 2,8 3 3,2 3,4 3,6 3,8 4 4,2 4,4

Fra

cc

ion

so

lar

"f"

Superficie de captación Sc (m2)


64 Septiembre, 2018

Gh v



El rendimiento de la instalación, indica la relación entre la energía aprovechada

por el sistema y la radiación incidente sobre la superficie de captación.

𝑅𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 =𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑎𝑝𝑜𝑟𝑡𝑎𝑑𝑎

𝑅𝑎𝑑𝑖𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝐼𝑛𝑐𝑖𝑑𝑒𝑛𝑡𝑒=𝑄𝑎𝑅𝐼

Gráfica 3. Rendimiento mensual de la instalación.

El rendimiento se mantiene más o menos constante a lo largo del año, esto no

tiene porque ser así, en este caso la inclinación puede favorecer que se de un

mayor rendimiento en los meses de menor radiación ya que se ven favorecidos

por el factor de corrección K. Además los meses en los que se la energía

aportada al sistema supera la demanda de ACS, la eficiencia del

intercambiador es inferior por lo que se entiende que el rendimiento durante

estos meses sea inferior al del resto del año.

El rendimiento anual es de 0,4482, resultado aceptable tratándose de una

instalación de bajo consumo.

0,000

0,100

0,200

0,300

0,400

0,500

0,600

0,700

0,800

0,900

1,000


Rendimiento


65 Septiembre, 2018

Gh v



Calculando el rendimiento global de la instalación para distintas superficies de

captación se obtienen los siguientes resultados:

Sc (m2) Rendimiento Sc (m

2) Rendimiento Sc (m2) Rendimiento

1 54,4% 2,2 48,2% 3,4 40,6%

1,2 53,4% 2,4 47,2% 3,6 39,3%

1,4 52,4% 2,6 46,2% 3,8 38,0%

1,6 51,3% 2,8 44,8% 4 36,7%

1,8 50,3% 3 43,5% 4,2 35,5%

2 49,3% 3,2 42,0% 4,4 34,4%

Tabla 29. Rendimiento para distintas Sc.

Gráfica 4. Rendimiento del la instalación para diferentes Sc.

En la gráfica 4 se puede apreciar como a medida que se aumenta la superficie

de captación, el rendimiento de la instalación disminuye. Esta gráfica sigue una

tendencia contraria a la grafica 3, por lo que un aumento de la fracción solar de

la instalación aumentando la Sc, repercute directamente en una pérdida de

rendimiento. Esta pérdida de rendimiento afecta directamente a la rentabilidad

de la instalación. Por lo tanto, aumentar la Sc, para obtener un valor mayor de

la “f” de la instalación, puede ser contraproducente, ya que puede suponer un

gran aumento en la inversión inicial de la instalación, y en el periodo de retorno,

con lo que puede que la instalación sea económicamente inviable para el

usuario de la vivienda.

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

100,00

1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 2,6 2,8 3 3,2 3,4 3,6 3,8 4 4,2 4,4

Ren

dim

ien

to in

sta

lac

ión

(%

)

Superficie de captación (m2)


66 Septiembre, 2018

Gh v



A parte del problema económico, para valores altos de “f”, es necesario tomar

medidas de disipación de energía excedente, de no ser así el sistema puede

deteriorarse fácilmente incluso producirse una rotura en alguno de sus

elementos.

Como se ha explicado anteriormente en este documento, en el apartado 1.5.4.

Técnicas para el aprovechamiento de la energía solar, se puede evitar el

problema de la energía excedente, incluso aprovecharla y aumentar así el

rendimiento del sistema.

La técnica idónea para esta situación es incorporar un sistema de refrigeración

por absorción, en el que se aprovechasen las altas temperaturas del

acumulador debido a la excesiva captación de energía.

Las razones por las que apoyan el uso de esta tecnología, son la coincidencia

de la demanda de frio y la excedencia de calor en mismas épocas del año, y

que los sistemas de refrigeración están presentes en la mayoría de las

viviendas del territorio en el que se ubica la instalación, por lo que el uso de

esta tecnología no supone un gasto añadido, ya que el gasto para la instalación

de un sistema de refrigeración convencional es bastante parecido.

Estos sistemas han experimentado un gran desarrollo en los últimos años,

facilitando el sistema y reduciendo su tamaño, convirtiéndose así en una

alternativa viable para el consumo doméstico. Un ejemplo de ello son los

sistemas de absorción rotativa, muy sencillos de instalar. Estos permite tener

un sistema de absorción en una vivienda sin la necesidad de disponer de una

torre de refrigeración, además la absorción rotativa mejora la eficiencia del

ciclo. [21] [18]


67 Septiembre, 2018

Gh v



2.4.2. Análisis económico de la instalación.

En cuanto al apartado económico, la instalación debe de tener un periodo de

retorno menor que los años de vida útil del sistema. De esta forma la tecnología

supondrá para el usuario no solo un beneficio energético y medioambiental, si

no, también económico.

Para calcular el periodo de retorno se ha estimado que el gasto de inversión

por m2 de superficie de captación instalado, es de 700€. Por lo tanto la

expresión que muestra los años de retorno de la inversión es la siguiente [9]:

𝑃𝑒𝑟𝑖𝑜𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑅𝑒𝑡𝑜𝑟𝑛𝑜 =𝐼𝑛𝑣𝑒𝑟𝑠𝑖𝑜𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙

𝐴𝑕𝑜𝑟𝑟𝑜 𝑎𝑛𝑢𝑎𝑙

Inversión Inicial = Sc (m2) ∙ 700 (€/m2)

Ahorro anual (€) = Diferencia entre el gasto de una instalación con ACS

solar y sin ACS solar.

En realidad para calcular el ahorro anual habría que tener en cuenta los costes

fijos de tarifa de combustible, pero ya que se trata de una instalación de

pequeño tamaño, este coste fijo no sufrirá ninguna variación, indiferentemente

de la cantidad de energía que aporte el sistema de apoyo.

Aunque anteriormente se ha definido que el sistema elegido es la caldera de

GN, se estudian los demás combustibles con ánimo de mostrar la gran

diferencia existente entre las diferentes fuentes de suministro. Los precios de

cada fuente de suministro han sido obtenidos del BOE [19].

Analizando la instalación estudiada de 2,8 m2 de Sc:

Precios (€/Kw)

Demanda anual (Kw)

Coste anual Sin ACS solar

(€)

Coste anual Con ACS solar

(€)

GN 0,056 2877,92 161,16 41,46

Gasóleo 0,1 2877,92 287,79 74,03

Electricidad 0,12 2877,92 345,35 88,84

GLP 0,083 2877,92 238,87 61,44

Tabla 30. Costes anuales para diferentes fuentes de suministro.


68 Septiembre, 2018

Gh v



Lógicamente, se puede apreciar en la tabla que cuanto mayor sea el gasto,

mayor será el ahorro debido al ACS solar. Por lo tanto, esta tecnología solar

será más atractiva para aquellos edificios que cuenten con un mayor coste

debido a la fuente de suministro.

Calculando el periodo de retorno, se puede ver como se amortiza antes a

inversión en los casos mencionados anteriormente.

Precios (€/Kw)

Ahorro anual (€)

Periodo de retorno

(Años)

Periodo de retorno con subvención

(Años)

GN 0,056 161,16 16,37 11,46

Gasóleo 0,1 287,79 9,17 6,42

Electricidad 0,12 345,35 7,64 5,35

GLP 0,083 238,87 11,05 7,73

Tabla 31. Periodo de retorno para diferentes fuentes de suministro.

La subvención se estima un 30% de la inversión inicial.

Los resultados mostrados hasta el momento son únicamente teniendo en

cuenta la energía destinada al calentamiento del ACS, en este caso existe

energía excedente en ciertos meses que se pueden aprovechar, como se ha

comentado anteriormente con Refrigeración Solar (RS), con lo que cambiaría el

periodo de retorno y como consecuencia el beneficio total al final los 25 años

de vida útil del sistema solar.

Precios (€/Kw)

Beneficio total ACS (€)

Beneficio total ACS + RS

(Años)

GN 0,056 1032,67 1101,98

Gasóleo 0,1 3384,06 3507,822

Electricidad 0,12 4452,87 4601,386

GLP 0,083 2475,57 2578,292

Tabla 32. Beneficios totales durante la vida útil del sistema.


69 Septiembre, 2018

Gh v



En este caso la energía excedente es mínima y la diferencia entre la instalación

solar de ACS únicamente y una instalación con ACS y RS, es casi

despreciable. Si se aumentase el área de captación se obtendría una mayor

diferencia entre las dos alternativas.

El beneficio y periodo de retorno para diferentes Sc, y las dos alternativas de

instalación, con un sistema de apoyo de caldera de GN, es el siguiente:

Gráfica 5. Periodo de retorno para diferentes Sc.

Gráfica 6. Beneficio para diferentes Sc, al cabo de 25 años.

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 2,6 2,8 3 3,2 3,4 3,6 3,8 4 4,2 4,4

Pe

rio

do

de r

eto

rno

(A

ño

s)

Superficie de captación (m2) ACS + RSACS

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

1300

1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 2,6 2,8 3 3,2 3,4 3,6 3,8 4 4,2 4,4

Be

ne

fic

io (

€)

Superficie de captación (m2) ACS + RS

ACS


70 Septiembre, 2018

Gh v



Se puede ver en la gráfica 5 como el periodo de retorno aumenta a mayor Sc,

en cambio el beneficio no tiene un comportamiento lineal, y el beneficio máximo

se obtiene con 2,6 m2 de captación en el caso un sistema únicamente de ACS,

en cambio, para un sistema de ACS solar más Refrigeración Solar, el beneficio

máximo se obtiene con 3 m2 de captación.

Viendo los resultados ilustrados en las graficas 5 y 6, desde el punto de vista

económico, no sería conveniente optar por superficies de captación mayores

de 3 m2, ya que los beneficios son inferiores a los obtenidos con áreas de

captación menores y además cuenta con la desventaja de tener mayor periodo

de retorno. Además con un periodo de retorno de pocos años, aumenta la

posibilidad de sufrir menores pérdidas económicas ante un fallo catastrófico

inesperado de la instalación, ya que para entonces la instalación ya ha podido

ser amortizada. También permite cierta flexibilidad al usuario para poder

cambiar de vivienda en un corto plazo, sin que la instalación solar suponga

ninguna pérdida económica.

El decrecimiento que sufre el beneficio a partir de cierta Sc, es consecuencia

del aumento del periodo de retorno, ya que al ser mayor y la instalación sigue

manteniendo la misma vida útil, el periodo de beneficios se reduce, por lo que a

pesar de tener mayores beneficios por año, la suma total de estos beneficios es

menor. Para un sistema que solo cuenta con ACS solar, este decrecimiento se

ve agravado por el bajo rendimiento que supone el aumentar el área de

captación, debido al gran aumento de energía solar excedente, que no es

aprovechada, durante varios meses del año.


71 Septiembre, 2018

Gh v



2.4.3. Análisis medioambiental de la instalación.

El sistema de energía solar independientemente del área de captación siempre

genera un beneficio medioambiental, proveniente de la reducción de emisiones

de CO2. Esta reducción aumenta a medida que aumenta la fracción solar de la

instalación, es decir, para una mayor Sc mayor reducción de kg de CO2.

Gráfica 7. Reducción de Kg de CO2.

Para saber la cantidad de Kg de CO2 que emite la instalación al año se han

realizado los siguientes cálculos:

Primero se ha obtener los Kwh de GN que se consumen al año por la

instalación para posteriormente calcular la emisión de CO2.

𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑎𝑛𝑢𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝐺𝑁 = 10.360.510,7𝐾𝑗

𝐴ñ𝑜∙

1 𝐾𝑤𝑕

3.600 𝐾𝑗 = 2.877,92

𝐾𝑊𝑕

𝐴ñ𝑜

𝐸𝑚𝑖𝑠𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠 𝐾𝑔 𝐶𝑂2

𝐴ñ𝑜= 2.877,92

𝐾𝑤𝑕

𝐴ñ𝑜∙

1 𝑁𝑚3𝐺𝑁

10,65 𝐾𝑤𝑕 ∙

2,15 𝑘𝑔 𝐶𝑂2

1 𝑁𝑚3𝐺𝑁= 580,98

𝐾𝑔 𝐶𝑂2

𝐴ñ𝑜

Para el cálculo realizado se ha seguido la metodología propuesta por la “Guía

práctica para el cálculo de emisiones de gases de efecto invernadero”. [20]

0

100

200

300

400

500

600

1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 2,6 2,8 3 3,2 3,4 3,6 3,8 4 4,2 4,4

Kg

de C

O2

Superficie de captación (m2)


72 Septiembre, 2018

Gh v



La reducción de los Kg de CO2, que se calcula con la siguiente expresión:

𝑅𝑒𝑑𝑢𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝐾𝑔 𝑑𝑒 𝐶𝑂2

𝐴ñ𝑜= 𝑓 ∙

𝐸𝑚𝑖𝑠𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠 𝐾𝑔 𝐶𝑂2

𝐴ñ𝑜

Los resultados obtenidos son los siguientes:

Sc (m2) “f”

Reducción kg CO2

1 0,304 176,62

1,2 0,4003 232,57

1,4 0,4572 265,63

1,6 0,5112 297,00

1,8 0,5622 326,63

2 0,6104 354,64

2,2 0,6559 381,07

2,4 0,6972 405,07

2,6 0,7313 424,88

2,8 0,76 441,55

3 0,7848 455,96

3,2 0,8075 469,15

3,4 0,8264 480,13

3,6 0,8434 490,01

3,8 0,858 498,49

4 0,8721 506,68

4,2 0,8847 514,00

4,4 0,8947 519,81

Tabla 33. Reducción de Kg de CO2.


73 Septiembre, 2018

Gh v



3. Conclusiones

En el presente trabajo se han desarrollado y alcanzado los objetivos planteados

al comienzo del mismo. La instalación solar ha sido estudiada y analizada de

manera adecuada, siguiendo la metodología F-Chart. Los resultados obtenidos

sustentan las teorías que promueven el uso de energía solar térmica para el

cuidado del medioambiente y la creación de un desarrollo sostenible.

Para verificar los resultados obtenidos se han utilizado programas on-line

especializados en el cálculo de instalaciones solares térmicas, y en especial el

programa CHEQ-4, programa informático desarrollado y facilitado por el IDAE

[12] como programa informático para verificar que una instalación solar térmica

de baja temperatura, cumple con las exigencias de la sección HE4 incluida en

el documento básico de Ahorro de Energía del CTE.

Figura 9. Comprobación con CHEQ 4.


74 Septiembre, 2018

Gh v



A pesar de las simplificaciones realizadas, el documento muestra con suficiente

exactitud el comportamiento de una instalación solar térmica en una vivienda

unifamiliar. Los resultados obtenidos en el programa CHEQ-4 son muy

similares a los calculados con el método F-chart, por lo que se verifica la

legitimidad de los cálculos realizados. La diferencia más notable entre ambos

resultados, son los máximos y mínimos obtenidos en la fracción solar, durante

los meses de verano e invierno respectivamente.

Realizados todos los análisis y cálculos pertinentes, los resultados sirven como

apoyo a la hora de orientar la instalación hacia un objetivo. Es decir,

dependiendo de qué faceta de la instalación se le quiera sacar mayor partido,

se escogerá una mayor o menor Sc. Cada criterio tiene establecidos unos

objetivos que la instalaciones solar debe de cumplir.

Figura 9.Objetivos de los criterios de elección.

Una vez establecidos los objetivos se debe valorar los aspectos negativos y

positivos que cada punto de vista trae consigo, para ello se han ilustrado en la

tabla 10 las ventajas y desventajas de cada uno de los criterios.

CRITERIO

MEDIOAMBIENTAL

• Máxima reducción posible de emisiones de CO2, dejando de lado beneficios economicos o energeticos.

• Sc → Elevada

CRITERIO ECONÓMICO

• Beneficios altos con un periodo de retorno no muy elevado.

• Sc→ Media

CRITERIO ENERGÉTICO

• Fracción solar alta con un rendimiento aceptable no menor del 40%.

• Sc → Media/Elevada


75 Septiembre, 2018

Gh v



Figura 10. Ventajas y desventajas de los criterios de elección.

Se puede observar en la figura 10, como una visión económica a la hora del

dimensionamiento del área de captación, trae mayores ventajas que los otros

dos criterios. Además no cuenta con ningún aspecto extremadamente negativo,

con lo que se podría decir que es la visión que más objetivos cumple de todos

los criterios y con la que más beneficios globales se obtienen. Esto no significa

que se tenga que seguir siempre un criterio económico, ya que queda a

elección del usuario el sacrificas algunos aspectos para conseguir otros

beneficios.

Criterio Medioambiental

Emisiones bajas CO2

Fracción solar alta

Rendimiento instalación muy bajo

Periodo de retorno alto

Beneficios muy bajos

Criterio Económico

Beneficios muy Altos

Periodo de retorno medio / bajo

Rendimiento instalación medio

Emisiones CO2

medias

Fracción solar

media / alta

Criterio Energético

Fraccion solar alta

Emisiones CO2

medias

Rendimiento

medio / bajo

Periodo de retorno alto

Beneficios muy bajos


76 Septiembre, 2018

Gh v



4. Fuentes de información

[1] Méndez.J.M.,Cuervo.R.,ECA.(2008). Energía Solar Térmica. Madrid:

Fundación Confemental.

[2] Rufes, P. (2010). Energía solar térmica - Técnicas para su

aprovechamiento. Barcelona: Marcombo.

[3] Tobajas, M.C. (2012). Montaje y Mantenimiento de Instalaciones solares

Térmicas. Barcelona: Cano Pina

[4] Código Técnico de la Edificación. Documento Básico – Ahorro de Energía.

[5] ATECYR. (2010). Guía Técnica – Agua caliente sanitaria central. Madrid:

IDAE.

[6] IDAE. Consumos del sector residencial en España. Recuperado el 30 de

Marzo de

http://www.idae.es/uploads/documentos/documentos_Documentacion_Basica_

Residencial_Unido_c93da537.pdf

[7] Puche, A., Bonmati,J. y Paredes, A. (2017). Impacto de la Energía Solar

Térmica en la Calificación Energética de Edificios Estudios IDAE004. Madrid:

IDAE.

[8] Ministerio de Energía, Turismo y Agenda Digital. (2017). La energía en

España 2016. Recuperado el 23 de marzo de 2018 de https://ceiden.com/wp-

content/uploads/2018/01/La-Energ%C3%ADa-en-Espa%C3%B1a-2016.pdf

[9] Martos,J. (2012). Proyecto de una instalación solar térmica para proveer

agua caliente sanitaria a la residencia de estudiantes del campus universitario

de Terrassa (TFG). Universidad Politécnica de Cataluña. Terrassa.

[10] (2018). Energía Solar Térmica, Captadores Solares Térmicos. Recuperado

el 18 de Abril de 2018 de https://solar-energia.net/energia-solar-

termica/captadores-solares-termicos

http://www.idae.es/uploads/documentos/documentos_Documentacion_Basica_Residencial_Unido_c93da537.pdf

http://www.idae.es/uploads/documentos/documentos_Documentacion_Basica_Residencial_Unido_c93da537.pdf

https://ceiden.com/wp-content/uploads/2018/01/La-Energ%C3%ADa-en-Espa%C3%B1a-2016.pdf

https://ceiden.com/wp-content/uploads/2018/01/La-Energ%C3%ADa-en-Espa%C3%B1a-2016.pdf

https://solar-energia.net/energia-solar-termica/captadores-solares-termicos

https://solar-energia.net/energia-solar-termica/captadores-solares-termicos


77 Septiembre, 2018

Gh v



[11] Prieto, R. (2013). Energías renovables y limpias. Recuperado el 12 de abril

de 2018 de

http://energias-renovables-y-limpias.blogspot.com/2013/01/captadores-solares-

planos-frente-a-los-de-tubos-de-vacio.html

[12] IDAE. Manual de usuario CHEQ4. Recuperado el 25 de Abril de 2018 de

http://cheq4.idae.es/userfiles/file/Manual%20de%20usuario%20CHEQ4.pdf

[13] CLEANENERGYSOLAR. Tabla, Factor de corrección K. Recuperado el 13

de Mayo de https://renovablesconsaburum.files.wordpress.com/2015/12/tablas-

factor-correcion-k.pdf

[14] Programa CHEQ4, Base de Datos del IDAE actualizada el 2 de Febrero de

2018.

[15] ExcitaRenovables. (19 de Junio de 2013). Pérdidas por orientación e

inclinación en una instalación solar. Recuperado el 12 de Abril de

https://www.youtube.com/watch?v=JvCdo_DFQU8

[16] Solarweb. https://www.solarweb.net/

[17] IDAE. CHEQ4. Recuperado el 27 de Abril de 2018. de http://cheq4.idae.es/

[18] Absorsistem. Productos Yazaki Recuperado el 20 de Mayo de

http://www.absorsistem.com/productos/yazaki

[19] Boletín Oficial del Estado (BOE) Recuperado el 20 de Abril de

https://www.boe.es/

[20] Oficina Catalana del canvi climàtic. (2011). Guía práctica para el cálculo

de emisiones de gases de efecto invernadero. Recuperado el

http://www.caib.es/sacmicrofront/archivopub.do?ctrl=MCRST234ZI97531&id=9

7531

[21] Loubet,R., Chavarri,J.M., Bakartxo Egilegor, Fernández,j. (2009)

Descripción de la solución kit de Rotartica. Arrasate. Recuperado el 20 de Abril

de http://www.solarcombiplus.eu/docs/D42_Rotartica_v02_spanish.pdf

http://energias-renovables-y-limpias.blogspot.com/2013/01/captadores-solares-planos-frente-a-los-de-tubos-de-vacio.html

http://energias-renovables-y-limpias.blogspot.com/2013/01/captadores-solares-planos-frente-a-los-de-tubos-de-vacio.html

http://cheq4.idae.es/userfiles/file/Manual%20de%20usuario%20CHEQ4.pdf

https://renovablesconsaburum.files.wordpress.com/2015/12/tablas-factor-correcion-k.pdf

https://renovablesconsaburum.files.wordpress.com/2015/12/tablas-factor-correcion-k.pdf

https://www.youtube.com/watch?v=JvCdo_DFQU8

https://www.solarweb.net/

http://www.absorsistem.com/productos/yazaki



http://www.solarcombiplus.eu/docs/D42_Rotartica_v02_spanish.pdf


78 Septiembre, 2018

Gh v



[22] Ente Vasco de la Energía (EVE). Ikerlan. (1998) Atlas de Radiación Solar

del País Vasco. Bilbao: EVE


79 Septiembre, 2018

Gh v



5. Anexo I: Resultados del análisis del

interacumulador

ENERO


0 - 6 horas

6 - 14 horas

14 - 17 horas

17 - 22 horas

22 - 24 horas


Pérdidas en el acumulador

1.620 2.160 810 1.350 540


(Kj) 730,33 13.876,2 3.043,04 6.207,802 486,886


(Kw) 0,03381 0,48181 0,28176 0,34487 0,06762


(Kj) 0 11.239,3 2.554,19 0 0


(Kw) 0 0,390257 0,236499 0 0

Signo ΔT - - - - -


(ºC) 48,89 47,42 51,34 52 49,44


(ºC) 47,42 51,34 52 49,44 48,89


510,92 9.707,52 2.128,84 4.342,83 340,61


Tabla 34. Comportamiento del interacumulador en Enero.


80 Septiembre, 2018

Gh v



FEBRERO


0 - 6 horas

6 - 14 horas

14 - 17 horas

17 - 22 horas

22 - 24 horas



1.620 2.160 810 1.350 540


(Kj) 730,33 13.876,26 3.043,04 6.207,80 486,886


(Kw) ,033812 ,481815 ,281763 ,344878 ,067623


(Kj) 0 14.696,58 3.992,45 0 0


(Kw) 0 0,510 0,370 0 0

Signo ΔT - + + - -


(ºC) 47,82 46,23 50,68 52 48,44


(ºC) 46,23 50,68 52 48,44 47,82


364,05 6.917,11 1.516,91 3.094,49 242,70


Tabla 35. Comportamiento del interacumulador en Febrero.


81 Septiembre, 2018

Gh v



MARZO


0 - 6 horas

6 - 14 horas

14 - 17 horas

17 - 22 horas

22 - 24 horas



1.620 2.160 810 1.350 540


(Kj)

702,24 13.342,56 2.926 5.969,04 468,16


(Kw)

0,03251 0,46328 0,27092 0,33161 0,06502


(Kj) 0 17.531,38 5.288,93 401,795 0


(Kw) 0 0,812 0,245 0,019 0

Signo ΔT - + - - -


(ºC) 47,14 45,45 50,10 52 47,84


(ºC) 45,45 50,10 52 47,84 47,14


199,97 3.799,55 833,23 1.699,8 133,31


Tabla 36. Comportamiento del interacumulador en Marzo.


82 Septiembre, 2018

Gh v



ABRIL


0 - 6 horas

6 - 14 horas

14 - 17 horas

17 - 22 horas

22 - 24 horas



1.620 2.160 810 1.350 540


(Kj) 674,150 12.808,858 2.808,960 5.730,278 449,434


(Kw) 0,031 0,445 0,260 0,318 0,062


(Kj) 172,523 18.225,35 5.772,626 886,769 0


(Kw) 0,008 0,633 0,535 0,049 0

Signo ΔT - + + - -


(ºC) 47,13 45,53 49,89 52 47,85


(ºC) 45,53 49,89 52 47,85 47,13


116,832 2.219,81 486,801 993,075 77,888


Tabla 37. Comportamiento del interacumulador en Abril.


83 Septiembre, 2018

Gh v



MAYO


0 - 6 horas

6 - 14 horas

14 - 17 horas

17 - 22 horas

22 - 24 horas



1.620 2.160 810 1.350 540


(Kj) 646,061 12.275,155 2.691,920 5.491,517 430,707


(Kw) 0,03 0,426 0,249 0,305 0,06


(Kj) 372,225 18.235,878 5.917,749 1.264,935 0


(Kw) 0,017 0,633 0,548 0,07 0

Signo ΔT - + + - -


(ºC) 47,27 45,81 49,85 52 48,01


(ºC) 45,81 49,85 52 48,01 47,27


66,737 1.268,007 278,072 567,266 44,491


Tabla 38. Comportamiento del interacumulador en Mayo.


84 Septiembre, 2018

Gh v



JUNIO


0 - 6 horas

6 - 14 horas

14 - 17 horas

17 - 22 horas

22 - 24 horas



1.620 2.160 810 1.350 540


(Kj) 603,926 11.474,6 2.516,36 5.133,374 402,618


(Kw) 0,028 0,398 0,233 0,285 0,056


(Kj) 720,3 19.002,126 6.192,742 1.692,4 0


(Kw) 0,033 0,660 0,573 0,094 0

Signo ΔT + + + - -


(ºC) 47,43 46,23 50,51 52 48,18


(ºC) 46,23 50,51 52,79 48,18 47,43


0 0 0 0 0

Potencia de apoyo (Kw) 0 0 0 0 0

Tabla 39. Comportamiento del interacumulador en Junio.


85 Septiembre, 2018

Gh v



JULIO


0 - 6 horas

6 - 14 horas

14 - 17 horas

17 - 22 horas

22 - 24 horas



1.620 2.160 810 1.350 540


(Kj)

561,792 10674,048 2340,800 4775,232 374,528


(Kw)

0,026 0,371 0,217 0,265 0,052


(Kj)

595,869 19445,192 6329,453 1575,742 0


(Kw)

0,028 0,675 0,586 0,088 0

Signo ΔT + + + - -


(ºC)

47,64 46,38 51,65 52 48,37


(ºC)

46,38 51,65 54,18 48,37 47,64


0 0 0 0 0


Tabla 40. Comportamiento del interacumulador en Julio.


86 Septiembre, 2018

Gh v



AGOSTO


0 - 6 horas

6 - 14 horas

14 - 17 horas

17 - 22 horas

22 - 24 horas



1.620 2.160 810 1.350 540


(Kj) 575,837 10.940,899 2.399,320 4.894,613 383,891


(Kw) 0,027 0,380 0,222 0,272 0,053


(Kj) 276,017 19.905,469 6.369,894 1.136,329 0


(Kw) 0,013 0,691 0,59 0,063 0

Signo ΔT - + + - -


(ºC) 47,19 45,66 51,08 52 47,93


(ºC) 45,66 51,08 53,61 47,93 47,19


0 0 0 0 0


Tabla 41. Comportamiento del interacumulador en Agosto.


87 Septiembre, 2018

Gh v



SEPTIEMBRE


0 - 6 horas

6 - 14 horas

14 - 17 horas

17 - 22 horas

22 - 24 horas



1.620 2.160 810 1.350 540


(Kj) 603,926 11.474,602 2.516,36 5.133,374 402,618


(Kw) 0,028 0,398 0,233 0,285 0,056


(Kj) 0 19.660,639 6.038,856 557,806 0


(Kw) 0 0,683 0,559 0,031 0

Signo ΔT - + + - -


(ºC) 46,6 44,84 49,8 52 47,35


(ºC) 44,84 49,8 52 47,35 46,6


10,607 201,541 44,197 90,163 7,072


Tabla 42. Comportamiento del interacumulador en Septiembre.


88 Septiembre, 2018

Gh v



OCTUBRE


0 - 6 horas

6 - 14 horas

14 - 17 horas

17 - 22 horas

22 - 24 horas



1.620 2.160 810 1.350 540


(Kj) 660,106 12.542,006 2.750,44 5.610,898 440,07


(Kw) 0,031 0,435 0,255 0,312 0,061


(Kj) 0 16.513,883 4.729,430 126,06 0


(Kw) 0 0,573 0,438 0,007 0

Signo ΔT - + + - -


(ºC) 47,33 45,68 50,36 52 48


(ºC) 45,68 50,36 52 48 47,33


213,424 4.055,063 889,268 1.814,107 142,283


Tabla 43. Comportamiento del interacumulador en Octubre.


89 Septiembre, 2018

Gh v



NOVIEMBRE


0 - 6 horas

6 - 14 horas

14 - 17 horas

17 - 22 horas

22 - 24 horas



1.620 2.160 810 1.350 540


(Kj)

702,24 13.342,56 2.926 5.969,04 468,16


(Kw)

0,033 0,463 0,271 0,332 0,065


(Kj)

0 12.846,262 3.116,606 0 0


(Kw)

0 0,446 0,289 0 0

Signo ΔT - - + - -


(ºC)

48,41 46,89 51,11 52 49


(ºC)

46,89 51,11 52 49 48,41


417,754 7.937,325 1.740,641 3.550,909 278,503


Tabla 44. Comportamiento del interacumulador en Noviembre.


90 Septiembre, 2018

Gh v



6. Anexo II: Datos de radiación a lo largo del día

ENERO

Hora 5=20 6=19 7=18 8=17 9=16 10=15 11=14 12=13

Radiación por horas

(Kwh/m2) 0 0 0 0,038 0,179 0,32 0,428 0,485

% 0,00 0,00 0,00 2,62 12,34 22,07 29,52 33,45

Intervalo horario

(0 - 24 horas) 0 - 6

horas 6 - 14 horas

14 - 17 horas

17 - 22 horas

22 - 24 horas

Radiación en % 0,00% 81,48% 18,52% 0,00% 0,00%

Tabla 45. Radiación a lo largo del día en Enero.

FEBRERO

Hora 5=20 6=19 7=18 8=17 9=16 10=15 11=14 12=13


(Kwh/m2)

0 0 0 0,133 0,297 0,448 0,559 0,618

% 0,00 0,00 0,00 6,47 14,45 21,80 27,20 30,07

Intervalo horario

(0 - 24 horas) 0 - 6

horas 6 - 14 horas

14 - 17 horas

17 - 22 horas

22 - 24 horas

Radiación en % 0,00% 78,64% 21,36% 0,00% 0,00%

Tabla 46. Radiación a lo largo del día en Febrero.

MARZO

Hora 5=20 6=19 7=18 8=17 9=16 10=15 11=14 12=13


(Kwh/m2)

0 0 0,098 0,265 0,438 0,587 0,694 0,75

% 0,00 0,00 3,46 9,36 15,47 20,73 24,51 26,48

Intervalo horario

(0 - 24 horas) 0 - 6

horas 6 - 14 horas

14 - 17 horas

17 - 22 horas

22 - 24 horas

Radiación en % 0,00% 75,49% 22,78% 1,73% 0,00%

Tabla 47. Radiación a lo largo del día en Marzo.


91 Septiembre, 2018

Gh v



ABRIL

Hora 5=20 6=19 7=18 8=17 9=16 10=15 11=14 12=13


(Kwh/m2)

0 0,05 0,207 0,39 0,567 0,716 0,823 0,878

% 0,00 1,38 5,70 10,74 15,62 19,72 22,67 24,18

Intervalo horario

(0 - 24 horas) 0 - 6

horas 6 - 14 horas

14 - 17 horas

17 - 22 horas

22 - 24 horas

Radiación en % 0,69% 72,73% 23,04% 3,54% 0,00%

Tabla 48. Radiación a lo largo del día en Abril.

MAYO

Hora 5=20 6=19 7=18 8=17 9=16 10=15 11=14 12=13


(Kwh/m2)

0 0,118 0,283 0,464 0,635 0,777 0,879 0,932

% 0,00 2,89 6,92 11,35 15,53 19,01 21,50 22,80

Intervalo horario

(0 - 24 horas) 0 - 6

horas 6 - 14 horas

14 - 17 horas

17 - 22 horas

22 - 24 horas

Radiación en % 1,44% 70,71% 22,95% 4,90% 0,00%

Tabla 49. Radiación a lo largo del día en Mayo.

JUNIO

Hora 5=20 6=19 7=18 8=17 9=16 10=15 11=14 12=13


(Kwh/m2)

0,09 0,136 0,305 0,486 0,657 0,8 0,902 0,955

% 2,08 3,14 7,04 11,22 15,17 18,47 20,83 22,05

Intervalo horario

(0 - 24 horas) 0 - 6

horas 6 - 14 horas

14 - 17 horas

17 - 22 horas

22 - 24 horas

Radiación en % 2,61% 68,83% 22,43% 6,13% 0,00%

Tabla 50. Radiación a lo largo del día en Junio.


92 Septiembre, 2018

Gh v



JULIO

Hora 5=20 6=19 7=18 8=17 9=16 10=15 11=14 12=13


(Kwh/m2)

0,05 0,13 0,296 0,477 0,647 0,788 0,89 0,943

% 1,18 3,08 7,01 11,30 15,33 18,67 21,09 22,34

Intervalo horario

(0 - 24 horas) 0 - 6

horas 6 - 14 horas

14 - 17 horas

17 - 22 horas

22 - 24 horas

Radiación en % 2,13% 69,58% 22,65% 5,64% 0,00%

Tabla 51. Radiación a lo largo del día en Julio.

AGOSTO

Hora 5=20 6=19 7=18 8=17 9=16 10=15 11=14 12=13


(Kwh/m2)

0 0,077 0,24 0,425 0,602 0,75 0,856 0,912

% 0,00 1,99 6,21 11,00 15,59 19,42 22,16 23,61

Intervalo horario

(0 - 24 horas) 0 - 6

horas 6 - 14 horas

14 - 17 horas

17 - 22 horas

22 - 24 horas

Radiación en % 1,00% 71,89% 23,01% 4,10% 0,00%

Tabla 52. Radiación a lo largo del día en Agosto.

SEPTIEMBRE

Hora 5=20 6=19 7=18 8=17 9=16 10=15 11=14 12=13


(Kwh/m2)

0 0 0,138 0,322 0,507 0,665 0,778 0,838

% 0,00 0,00 4,25 9,91 15,61 20,47 23,95 25,80

Intervalo horario

(0 - 24 horas) 0 - 6

horas 6 - 14 horas

14 - 17 horas

17 - 22 horas

22 - 24 horas

Radiación en % 0,00% 74,88% 23,00% 2,12% 0,00%

Tabla 53. Radiación a lo largo del día en Setiembre.


93 Septiembre, 2018

Gh v



OCTUBRE

Hora 5=20 6=19 7=18 8=17 9=16 10=15 11=14 12=13


(Kwh/m2)

0 0 0,029 0,198 0,366 0,524 0,64 0,701

% 0,00 0,00 1,18 8,06 14,89 21,32 26,04 28,52

Intervalo horario

(0 - 24 horas) 0 - 6

horas 6 - 14 horas

14 - 17 horas

17 - 22 horas

22 - 24 horas

Radiación en % 0,00% 77,28% 22,13% 0,59% 0,00%

Tabla 54. Radiación a lo largo del día en Octubre.

NOVIEMBRE

Hora 5=20 6=19 7=18 8=17 9=16 10=15 11=14 12=13


(Kwh/m2)

0 0 0 0,065 0,215 0,36 0,47 0,529

% 0,00 0,00 0,00 3,97 13,12 21,96 28,68 32,28

Intervalo horario

(0 - 24 horas) 0 - 6

horas 6 - 14 horas

14 - 17 horas

17 - 22 horas

22 - 24 horas

Radiación en % 0,00% 80,48% 19,52% 0,00% 0,00%

Tabla 55. Radiación a lo largo del día en Noviembre.

DICIEMBRE

Hora 5=20 6=19 7=18 8=17 9=16 10=15 11=14 12=13


(Kwh/m2)

0 0 0 0,01 0,126 0,258 0,362 0,418

% 0,00 0,00 0,00 0,85 10,73 21,98 30,83 35,60

Intervalo horario

(0 - 24 horas) 0 - 6

horas 6 - 14 horas

14 - 17 horas

17 - 22 horas

22 - 24 horas

Radiación en % 0,00% 83,22% 16,78% 0,00% 0,00%

Tabla 56. Radiación a lo largo del día en Diciembre.

DIMENSIONAMIENTO Y ANÁLISIS DEL SISTEMA DE CAPTACIÓN …

Documents

Transcript of DIMENSIONAMIENTO Y ANÁLISIS DEL SISTEMA DE CAPTACIÓN …